Digitale Kombiinstrumente im Automobil schneller entwickelt

Energiemanagement-SoC ersetzt sperrige Versorgungslösungen

Durch eine große Anzahl von externen Komponenten können diskrete Versorgungslösungen sperrig und unzuverlässig werden – wenn man die klassischen Zuverlässigkeitskriterien in Bezug auf die Zahl der Komponenten berücksichtigt.

Allein in Bezug auf die Größe kann ein typischer Abwärtsregler für 2 bis 3 A etwa 100 mm bis 150 mm Leiterplattenfläche einnehmen. Ein typischer LDO-Regler für 200 bis 300 mA nimmt etwa 25 mm2 auf der Leiterplatte in Anspruch.

Bildergalerie

Wenn ein typisches Armaturenbrett-Design, das auf SoC-Bausteinen basiert, ein halbes Dutzend LDOs und die gleiche Anzahl von DC/DC-Wandlern benötigt, sind Produktingenieure für Fahrzeuge gezwungen, sperrige Kraftpakete in ihre Armaturenbrett-Designs zu quetschen, die sie eigentlich schlank und effizient halten sollten.

Im Gegensatz dazu können Entwickler mit einem Energiemanagement-SoC wie dem MMPF0100 von NXP, der bis zu sechs DC/DC-Wandler und sechs LDOs vereint, die Stückliste und damit das fertige Design bedeutend verkleinern. Im Hinblick auf die Platzeinsparungen reichen für ein MMPF0100-Design etwa 350 mm2 Leiterplattenfläche – eine vergleichbare diskrete Lösung benötigt etwa 800 mm2 Fläche.

Der MMPF0100 soll den i.MX6-SoC-Baustein ergänzen. Er versorgt mehrere Stromschienen (die in der gewünschten Reihenfolge initialisiert werden) für ein komplettes System einschließlich i.MX6-SoCs, Speicher und Systemperipherie (Bild 4, siehe Bildergalerie).

Der MMPF0100 hat vier Abwärtsregler mit bis zu sechs unabhängigen Ausgängen, einen Aufwärtsregler, sechs Allzweck-LDOs, eine Schalter/LDO-Kombination sowie eine DDR-Spannungsreferenz für die Spannungsversorgung des i.MX6-SoC und der Peripheriebausteine.

Designer können die Anzahl der unabhängigen Abwärtsregler-Ausgänge von vier auf sechs konfigurieren.

Diese Flexibilität macht es möglich, Reglerausgänge entweder mit höherer Stromlast zu betreiben oder mehr unabhängige Ausgänge für Anwendungen bereitzustellen, die niedrigere Stromwerte, aber mehr Stromschienen benötigen. Die Abwärtsregler des Bausteins können sowohl die Versorgungsanforderungen der i.MX6-Prozessorkerne als auch die anderer Niederspannungsschaltungen wie I/O und Speicher erfüllen.

Darüber hinaus ermöglicht eine integrierte dynamische Spannungsskalierung kontrollierte Einstellungen der Stromschienen für die Prozessorkerne und andere Schaltungen.

Der MMPF0100 ist für maximale Flexibilität konzipiert und bietet eine Reihe von Registern, die den Betrieb der einzelnen Leistungsbausteine im SoC regeln (Bild 5, siehe Bildergalerie).

Zum Konfigurieren von Spannung, Sequenz und anderen Betriebsparametern wird der einmalig programmierbare (OTP) On-Chip-Speicher des Bausteins beschrieben oder der Ingenieur nutzt einen speziellen kostenlosen Testmodus zum Prototyping und verifizieren der Gerätekonfiguration, bevor er den OTP-Speicher endgültig beschreibt.

Vorteile des SoC-Duos i.MX6 und MMPF0100 von NXP

Fazit: Durch die Integration von ARM-Cortex-A9-Kernen mit dedizierten GPUs reagiert NXP mit den SoCs der Serie i.MX6 für Automobilanwendungen auf den wachsenden Bedarf an Hochleistungslösungen für grafikintensive Kombiinstrumenten-Designs. Zugleich stellen solche Designs immer komplexere Leistungsanforderungen, mit denen herkömmliche diskrete Lösungen an ihre Leistungsgrenzen stoßen.

Durch die Kombination des i.MX6-SoC-Bausteins mit dem Energiemanagement-SoC MMPF0100 von NXP haben Entwickler eine sehr effektive Plattform für die schnelle Entwicklung von Automobil-Kombiinstrumenten.

Darüber hinaus bietet die Leistungspalette und das nahezu Pin-kompatible Design der i.MX6-Familienmitglieder den Entwicklern die Möglichkeit, ein einheitliches Design zu entwickeln, das mit nur wenigen Veränderungen die gesamte Produktpalette abdeckt: von Kombiinstrumenten der Einstiegsklasse bis hin zu 3D-Hochleistungssystemen der Luxusklasse.

Auf diese Weise lässt sich der Entwicklungsaufwand bedeutend reduzieren: Einheitliche Designs fördern die Code-Kompatibilität und bieten die Basis für vielfältige Produktangebote.

* Robert Nelson ist Principle Applications Engineer bei Digi-Key

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