汽车信息娱乐系统的温度测量进展

Today’s cars now come equipped with ever-more-complex infotainment and cluster systems that provide drivers and passengers with a large assortment of applications in the Head Unit or Integrated Cockpit such as navigation, car diagnostic information, wireless and Bluetooth connectivity, music selection, video entertainment, and more. While the increased electronic content on vehicle dashboards offers a much more intuitive and enjoyable experience passengers, it also consumes more energy and, therefore, generates more heat.

整个信息娱乐和集群系统的热量增加正在推动汽车制造商克服新的热管理挑战。他们需要提供丰富而舒适的驾驶体验，吸引客户，同时确保这些系统提供的关键功能的安全可靠运行，这些功能都在有限的预算之内。

监视在常见信息娱乐系统中发现的高性能处理器的温度，例如中央处理单元（CPU），图形处理单元（GPU），特定于应用的集成电路（ASIC）和现场可编程的门阵列（FPGA）复杂的。通过热监测，这些系统不仅可以启动安全的系统关闭，还可以利用温度来动态调整性能。图1标识了各种热门问题。

图1。热门问题是关键问题的信息娱乐和集群系统。

对于有效的温度监测，高性能处理器有两种设计注意事项：汽车中的温度准确性和传感器放置。

Securing Overloaded Microprocessors in Automotive Head Units

汽车头单元已成为信息娱乐系统的主要控制面板，汇总了许多以前分散在整个汽车中的功能，并使用各种按钮进行服务。这种集中化使该头部单位成为信息娱乐系统的大脑，其通过应用程序处理器具有重要的处理能力，这些处理器往往会随着加工负荷增加而迅速加热。

大多数热量产生和风险来自这些微处理器的核心。为了获得最可靠的温度测量，通常是通过P-N连接来远程感知的，无论是处理器模具中的底物热晶体管还是二极管。

TI designed theTMP451-Q1对于这些遥感情况，对于远程通道（处理器核心）或本地（放置温度传感器的位置），具有±1°C的典型精度，从-40°C到125°C，可提供两个温度读数系统。为了限制功耗，因此会影响温度准确性的自动加热，TMP451-Q1的运行速度低1.7V至3.6V，电源仅消耗27μA的操作电流，而每秒进行0.0625的转换。

这TMP451-Q1is also well-suited to space-constrained head-unit PCB boards, thanks to its 8-pin, 2-mm-by-2-mm very very thin small outline no-lead package. There is a 2.5-mm-by-2.5-mm wettable flank version of this package as well that complies with the automatic optical inspection (AOI) process found in the automotive industry for fast solder verification on the electronic board.

该设备具有警报功能，当温度上升到特定阈值以上时，可以用作中断的中断，以修改系统行为。两个警报功能，Therm和Alert/Therm2，提供了对系统热管理的更多控制。

如图2所示，将第一个中断（Therm2）设置为85°C作为警告可以触发风扇，冷却系统或降低微处理器的性能以降低过热的风险。

图2。Therm2和Therm2中断TMP451-Q1中的操作。

在110°C下的第二个中断（THERM）实际上将关闭系统以免被损坏。例如，它可以命令电源关闭并启动系统重置，直到温度低于热磁滞水平。

在可重构簇中准确测量系统温度

汽车instrument clusters provide crucial information such as speed, RPMs, fuel levels and oil temperature gauges – information that will affect a driver’s decision-making.

但是如今，类似于头部单元的数字化，仪器簇正在升级到可重新配置的簇。这些可重新配置的群集提供了一个个性化的显示，其中包括导航，媒体，联系人等。这对于微处理器来说可能非常苛刻，该微处理器会随着加工需求的增加而自动加热，尤其是因为方向盘后面的空间非常有限，通风通常不存在。

为了获得相关的温度测量值，可以将非常小的温度传感器放置在微处理器附近，这将有助于阅读精度。通过高度准确的读数，您可以将系统的性能更接近其热设计限制，或者通过选择具有较低规格的微处理器来降低系统成本。

实际上，尽管大多数处理器具有内置温度传感器，但由于晶圆和其他各种批次的变化，精度仅在±4°C下保持一致。由于阅读精度有这样的差异，因此您必须比读数±1°C精度的安全保证金更宽。在这种情况下，微处理器将具有3°C的额外性能室，而不会太近的热设计限制（见图3）。

图3。通过高准确的热监测来增强系统性能。

这TMP235-Q1具有从-40°C到150°C（0级）的±0.5°C精度。该设备的占地面积很小（2.00毫米x 1.25毫米 - 见图4）和低功耗。

Figure 4.TMP235-Q1模拟温度传感器。

Protecting Systems and USB Chargers From Thermal Damage

New USB chargers not only support USB Type-A but now USB Type-C™, which often includes power delivery capabilities from 60W to 100W. If you have multiple ports this wattage is multiplied, heating up dangerously and can potentially be hazardous. USB controller integrated circuits (ICs) typically have programmable cable droop compensation to help portable devices charge at an optimal current and voltage under heavy loads. Implementing a thermistor for intelligent thermal management can give an indication of the temperature to USB controllers and make them change their output current limit to lower levels in order to decrease the temperature.

这TMP61-Q1例如，是具有正热系数的热敏电阻，在非常小的包装中提供线性输出：1mm x 0.5mm。

温度开关还可以通过向USB控制器IC发送警报，当温度越过电阻，电压或工厂填充设置的特定阈值时，可以保护系统免受过度的影响。该警报可以绕过微控制器（MCU），以更快，更直接的决定。根据温度阈值MCU在较低的温度下也可能比温度传感器失效(PDF). So there needs to be a protective system that can shut down this noncritical functionality of the car for passenger safety and to avoid thermal runaway. Furthermore, using a temperature switch is cost-competitive in comparison to a discrete implementation (Figure 5) because there’s no need to have extra circuitry like comparators and voltage references to detect the threshold.

Figure 5.温度开关的离散实施

这TMP390-Q1电阻可编程温度开关覆盖-40°C至 +125°C的温度范围，最高精度为±3.0°C。它有两个通道，可以同时独立过度过度（热）和温度下（冷）检测（见图6）。

图6。TMP390-Q1的温度不足和过度温度保护。

这TMP390-Q1is also a low-power-consumption alternative to the thermistor, as it can be supplied with power from 1.62V to 5.5V and consumes 0.5µA at 25°C. The device offers the simplest thermal protection implementation and is also the most integrated as it includes protection from both cold and heat in one chip.

有多种方法可以处理信息娱乐系统中的温度监测和保护，以及许多其他方面要考虑的方法。随着增加加工需求的汽车的功能和显示器数量增加，确保热安全对于避免事故至关重要。

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