模数转换器ADC如何帮助设计ADAS实现功能安全

电路

尽管当今的车辆在多种驾驶场景中实现了自动化，但背后真正推动汽车从部分自动驾驶实现全自动驾驶的不是汽车制造商，而是移动服务提供商，例如出租车公司、汽车租赁公司、送货服务公司以及需要提供安全、高效、方便且经济实用的公共和私人交通工具的城市。

在完全自主的自动驾驶汽车驶上公共道路之前，它必须经历六个不同的自动化等级，即从0级（无自动化）到5级（完全自动化），如图1所示。自动化等级每提升一级，都需要对高级驾驶辅助系统 (ADAS) 技术进行大幅改进，并实现对所有安全关键型功能的适当管理。

图 1：自动驾驶等级

自动驾驶汽车使用多项传感器技术，包括摄像头、雷达和激光雷达。根据不同的环境条件和距离，这些传感器各有优缺点。传感器融合箱会分析这些传感器信号以及来自GPS和车联网系统的数据，用于创建精确的三维环境测绘图并发送适当的动作信号。图2是此类自主系统的方框图。

图 2：自动驾驶系统

随着车辆自动化水平越来越高，硬件和软件子系统变得越来越复杂，为了避免驾驶员、乘客和行人面临危险情况，这些子系统的功能安全变得至关重要。这些子系统需要满足超高级别的功能安全标准，因为任何故障都可能是致命的。根据由ISO 26262划分的自动化等级，道路车辆的功能安全需符合最高ASIL-D级的汽车安全完整性等级 (ASIL)。

为了达到高水平的ASIL功能安全要求，这些子系统需要通过使用适当的诊断监控机制和并行冗余电路来显著降低故障率并提高故障检测的覆盖率。它们需要测量和识别与不同电源轨相关的潜在故障，检测不同电源的电压或电流消耗是否有任何异常以及系统温度是否有任何波动。诊断出这些故障后，需及时采取适当的措施。图3显示了实现此功能的概念方框图。

图 3：电源轨和温度诊断监控系统

有一种使用独立模数转换器 (ADC) 进行诊断监控的更简便方法越来越普及。功能安全目标可能因安全关键性和实施情况而异。此外，每个工程或平台的通道数量可能会有所不同，因为测量数量可能因工程和平台而异。

为促进实现这种诊断监控功能，德州仪器 (ti) 开发了ADS7038-Q1和ADS7142-Q1。ADS7038-Q1是一款超小型（3mmx 3mm）、8通道、12位、符合汽车电子委员会 (AEC)-Q100 1级标准的ADC，具有集成的通用输入输出引脚(GPIO)、可编程故障检测比较器、模拟看门狗和针对数据读取/写入操作和上电配置的8位循环冗余校验码。ADS7142-Q1是一款超小型（2mmx3mm）、双通道、12位、符合AEC-Q100 1级标准的ADC，具有可编程故障检测比较器。图4显示了ADS7038-Q1的方框图，图5显示了ADS7142-Q1的方框图。

图 4：ADS7038-Q1简化方框图

图 5：ADS7142-Q1简化方框图

随着车辆的自动化水平不断提高，一级供应商和原始设备制造商越来越需要上述提供诊断监控的ADC，用于实现其功能安全目标。