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來源：Digi-Key 作者：Bill Schweber 有電源的地方就需要某種程度的電源監控和管理。當然，這對任何有實際經驗的設計人員來說都不是什么新聞。有趣的是，一般的電子產品，特別是智能電子產品的激增，也擴大了對緊密關注的電源管理集成電路 (PMIC) 的需求。 發生這種情況是因為處理器、固件和運動控制已經擴展到了不太明顯的應用細分領域。對 PMIC 的需求也深入到了汽車的各個“犄角旮旯”，因為設計者越來越多地使用基于處理器的接口和控制，同時迅速實現那句被廣為引用的話：“軟件吞噬一切”。 讓我們看一下簡陋的車窗。直到大約 50 年前，這些車窗都是通過一個簡單的手動旋轉搖桿驅動的機械連桿來手動操作的；車里的人都必須用自己的“手臂”作為動力源來控制自己的車窗（圖 1）。 
圖 1：手動、搖桿操作的車窗是多年來的唯一選擇。（圖片來源：《汽車如何工作》） 如果搖桿壞了，你可以在任何一家汽車用品商店買到一個普通的替換搖桿，同時裝飾性搖桿也很流行（圖 2）。
圖 2：當車窗是搖桿操作時，普通的替換搖桿和裝飾性的搖桿是汽車用品商店的標準物品。（圖片來源：Joom SIA） 電動車窗最早出現在 20 世紀 40 年代，但使用的是電控液壓系統，因為當時的小型電機技術（尺寸、功率和控制）還不夠先進，無法將其嵌入車門內。不過在 20 世紀 60 年代，凱迪拉克-弗利特伍德 (Cadillac Fleetwood) 標配了由電動馬達驅動的車窗，在大約十年內，電動車窗成為大多數汽車的標配，大眾市場對這個接受速度相當快。 這種結構正式名稱車窗調節器，采用兩種基本機構：福特的電纜式調節器（圖 3）和豐田的齒輪驅動式車窗調節器（圖 4）。
圖 3：福特車窗調節器的動力機制使用了電纜和滑動組件。（圖片來源：Samarins）
圖 4：豐田的動力機制基于一個齒輪式“剪刀”結構。（圖片來源：Samarins） 無論使用哪種機械設計，兩者都有一個共同點，即都使用非穩壓 12 伏直流電直接從汽車電池通過單獨的駕駛員/乘客控制開關進入車窗電機。因此，將這一“便利功能”納入汽車，增加了越來越厚的電纜線束的負擔和在車輛周圍布線的挑戰。 幸運的是，隨著向使用像車內控制器區域網絡 (CAN) 總線或本地互連網絡（LIN 總線）之類低速網絡的遷移，減少了電纜線束的困難。現在，12 伏電源只通向車門內的調節器電機，而使用較細電纜的聯網開關向電機控制器發出信號，以提升/降低/停止車窗。在短短幾年內，起初是一個基本的網絡友好型車窗電機控制器就演變成了一個智能的、基于處理器的控制器，實現了更高級的性能能力。 與大多數改進一樣，還有其他的“連鎖效應”。增強的車窗網絡接口/電機控制器 IC 需要更復雜的電源管理和調節，這就是 PMIC 出現的地方。這個 IC 需要監測和管理直流電，它需要自我測試，以確保及時發現任何過度的功率變化或其他問題，并在對電機或相關組件造成任何損害之前采取適當的行動。 這就是來自 Maxim Integrated 的 MAX16137 的功能。這種低電壓、高精度的監控電路可監視單一系統供電電壓軌的欠壓和過壓故障，專門針對汽車電動車窗及其接口/控制器 IC 的需求，盡管它也可用于車輛之外其他地方進行類似監測（圖 5）。
圖 5：MAX16137 電源監控 IC 與電機控制管理器一起工作，用于監測電源軌。（圖片來源： Maxim Integrated） 所監測電源電壓低于欠壓閾值或高于過壓閾值時，IC 的復位輸出為低電平；一旦電源電壓恢復到欠壓和過壓閾值窗口內，該輸出在復位超時期間過后將恢復“正常”。其 1% 的精度帶來了監測的一致性，而過壓/欠壓窗口值可以在工廠設置為目標電壓的 ±4% 到 ±11%。 這只是 MAX16137 的一個用處。此外，其獨特的內置自檢 (BIST) 診斷能力可在上電期間監測內部復位電路的健康狀況（圖 6）。如果 BIST 失敗，MAX16137 將其 BIST 輸出拉低，以提醒相關的處理器。
圖 6：除了嚴格的電源管理外，MAX16137 還有一個 BIST 塊，可在上電期間監測內部復位電路的健康狀況。（圖片來源：Maxim Integrated Products） 車門上的空間非常有限，因此 MAX16137 的 8 引線、2×2 毫米 (mm) 封裝非常合適，當然它通過了 AEC-Q100 認證。其芯片級的高級診斷技術有助于開發人員在大幅減少電路板空間的情況下滿足系統級功能安全要求。 結語 如果某一個設計有物理上分散的處理器和智能控制器，特別是在像汽車這樣的電氣惡劣環境中，那么有局部 PMIC 就很重要了，這樣才能確保電源問題和故障不會導致瞬時或永久性的系統故障。用戶期望有一致、可靠的性能，不希望看到“檢查引擎”燈亮起，因為這與汽車的許多分散的處理器/控制器有關。當這些分散的節點中有許多對汽車的基本功能并不重要時，情況更是如此。像 MAX16137 這樣的 IC 就提供了一個解決方案，即使在極端條件下也能確保可靠性。 |
