汽車ADC如何幫助設計人員在ADAS中實現功能安全

盡管當今的車輛在多種駕駛場景中實現了自動化，但背后真正推動汽車從部分自動駕駛實現全自動駕駛的不是汽車制造商，而是移動服務提供商，例如出租車公司、汽車租賃公司、送貨服務公司以及需要提供安全、高效、方便且經濟實用的公共和私人交通工具的城市。

在完全自主的自動駕駛汽車駛上公共道路之前，它必須經歷六個不同的自動化等級，即從0級（無自動化）到5級（完全自動化），如圖1所示。自動化等級每提升一級，都需要對高級駕駛輔助系統 (ADAS) 技術進行大幅改進，并實現對所有安全關鍵型功能的適當管理。

圖1 自動駕駛等級

自動駕駛汽車使用多項傳感器技術，包括攝像頭、雷達和激光雷達。根據不同的環境條件和距離，這些傳感器各有優缺點。傳感器融合箱會分析這些傳感器信號以及來自GPS和車聯網系統的數據，用于創建精確的三維環境測繪圖并發送適當的動作信號。圖2是此類自主系統的方框圖。

圖2 自動駕駛系統

隨著車輛自動化水平越來越高，硬件和軟件子系統變得越來越復雜，為了避免駕駛員、乘客和行人面臨危險情況，這些子系統的功能安全變得至關重要。這些子系統需要滿足超高級別的功能安全標準，因為任何故障都可能是致命的。根據由ISO 26262劃分的自動化等級，道路車輛的功能安全需符合最高ASIL-D級的汽車安全完整性等級 (ASIL)。

為了達到高水平的ASIL功能安全要求，這些子系統需要通過使用適當的診斷監控機制和并行冗余電路來顯著降低故障率并提高故障檢測的覆蓋率。它們需要測量和識別與不同電源軌相關的潛在故障，檢測不同電源的電壓或電流消耗是否有任何異常以及系統溫度是否有任何波動。診斷出這些故障后，需及時采取適當的措施。圖3顯示了實現此功能的概念方框圖。

圖3 電源軌和溫度診斷監控系統

有一種使用獨立模數轉換器 (ADC) 進行診斷監控的更簡便方法越來越普及。功能安全目標可能因安全關鍵性和實施情況而異。此外，每個工程或平臺的通道數量可能會有所不同，因為測量數量可能因工程和平臺而異。

為促進實現這種診斷監控功能，德州儀器 (TI) 開發了ADS7038-Q1和ADS7142-Q1。ADS7038-Q1是一款超小型（3mmx 3mm）、8通道、12位、符合汽車電子委員會 (AEC)-Q100 1級標準的ADC，具有集成的通用輸入輸出引腳(GPIO)、可編程故障檢測比較器、模擬看門狗和針對數據讀取/寫入操作和上電配置的8位循環冗余校驗碼。ADS7142-Q1是一款超小型（2mmx3mm）、雙通道、12位、符合AEC-Q100 1級標準的ADC，具有可編程故障檢測比較器。圖4顯示了ADS7038-Q1的方框圖，圖5顯示了ADS7142-Q1的方框圖。

圖4 ADS7038-Q1簡化方框圖

圖5 ADS7142-Q1簡化方框圖

隨著車輛的自動化水平不斷提高，一級供應商和原始設備制造商越來越需要上述提供診斷監控的ADC，用于實現其功能安全目標。