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用于連接自動駕駛汽車的高級電路保護

2020-01-07 17:26:35 嘉興市尚瑞電子科技有限公司 閱讀

在本世紀初,汽車安裝了許多基本獨立的電子系統。 從那時起,連接性的增長以及人工智能和機器學習的興起極大地改變了汽車電子產品。 各種類型的車輛都變成了復雜的,相互連接的通信中心,而自動駕駛汽車的功能只會提高這種復雜性的水平。

 

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V2V和V2I車載電源和通信電路需要使用熔斷器,PPTC,TVS二極管和二極管陣列,MLV和聚合物ESD抑制器進行過電流,ESD和電涌保護。 V2X模塊可能采用以專有的硅雪崩技術制造的AQ3045背對背TVS二極管的形式做ESD保護,為可能遭受破壞性靜電放電(ESD)的電子設備提供保護。 這些二極管可以安全吸收重復的ESD沖擊,達到IEC 61000-4-2國際標準規定的最大水平(±30 kV接觸放電),而不會降低性能。 當存在交流信號時,背對背配置可為數據線提供對稱的ESD保護。 (來自Littelfuse的示例解決方案。)

 

新協議正在被部署以增強連接性,同時促進類似于寬帶的汽車通信。 V2X技術旨在幫助車輛與道路和彼此通信,以防止碰撞并優化交通流量。汽車版本的以太網和HDBaseT正在被實現,以提高關鍵子系統之間的高速數據傳輸的速度和效率,這些子系統包括高清攝像機,激光雷達和雷達傳感器以及無線連接功能。


更好的連接性使汽車更安全,用途更廣泛,但也給設計汽車的工程師帶來了許多技術挑戰。更先進的汽車芯片組還必須變得更小,更密集,所以其更容易受到靜電放電(ESD)的影響。 設計工程師必須了解如何保護這些芯片組以確保其可靠性。


高度敏感的芯片組和對更快數據的需求要求使用這些新協議的汽車模塊具有出色的ESD保護。 緊湊型封裝的低電容,低鉗位ESD保護器件可以幫助使高級汽車操作安全,可靠和高效。

 

人們為了向工程界提供一個統一且可重復的ESD緩解計劃,創建了ISO 10605文件。ISO 10605 ESD脈沖的嚴重性足以確保芯片組在受到直接沖擊時難以承受。為了進行穩健、可靠的設計,工程師應在設計過程的早期考慮ESD保護解決方案。此外,工程師應審查并理解這些模塊所需的系統級ESD測試。

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ISO 10605模擬了車輛內部或外部的人體放電。它特別包括裝配中的ESD、由服務人員引起的ESD和由乘客引起的ESD。 ISO 10605部分基于IEC 61000-4-2,這是系統級ESD抗擾性的標準。 但是,它有一些針對汽車用途的關鍵規定。 一方面,ISO 10605沒有定義應力電壓的特定上限。 對于直接接觸放電,測試電壓通常在2 kV至15 kV的范圍內,對于通過氣隙放電的測試電壓通常在15 kV至25 kV的范圍內。 此外,一些汽車制造商已經設計了自己的ESD應力等級-一些零件的規格可高達30 kV接觸,30 kV氣隙放電。

 

ISO 10605測試使用兩種不同的電阻2kΩ和330Ω來模擬不同類型的ESD事件。 2kΩ電阻代表人體直接通過皮膚放電,而330Ω電阻則模擬人體通過金屬物體放電。 該測試還在兩種不同的電容上進行:150 pF和330 pF。 這些值分別代表車輛內部和外部的人體。 330 pF和330Ω測試是任何ISO 10605測試參數中最高的能量/電流,因此是使用最廣泛的測試標準。

 

ESD保護解決方案的制造商專門設計用于處理特殊汽車模塊的元件。 考慮以下一些示例可能會很有用

 

聯網的車輛將攜帶“車輛對車輛(V2V)”和“車輛對基礎設施(V2I)”通信模塊,這些模塊使車輛能夠執行諸如基于其它車輛的速度和位置進行動態計算的任務。 該技術的目標之一是防止車輛撞到其它車輛或行人,使交通流量順暢并加快尋找停車位的速度,并可能促進基于位置的廣告和促銷。 美國DoT認為V2V通信可以防止多達79%的車輛撞車事故。

 

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用于V2X模塊的典型ESD保護設備旨在抑制高達30 kV的快速上升的ESD瞬變,同時幾乎不增加電路電容,這對于維持日益增長的汽車連接使用特性的高速通信線路上的信號完整性至關重要。 這些雙向表面貼裝聚合物器件,以商品名PulseGuard或Xtreme-Guard命名,旨在以足夠低的電壓足夠快地導通,以防止損壞受保護部件。

TVS二極管還設計用于高速以太網網絡,現在已經針對汽車環境進行了優化。 高速以太網將允許多個車載系統(例如信息娛樂系統和自動駕駛員輔助系統)通過單根非屏蔽雙絞線電纜同時訪問高帶寬數據吞吐量。

 

汽車以太網僅使用兩條通信線路即可實現100和1,000 Mbps的通信。 與以太網類似,HDBaseT具有連接ADAS,遠程信息處理,A / V和顯示應用程序的途徑。 HDBaseT提供高達2 Gbps的吞吐速度,還可以將數據移動到15 m(50 ft),而不會丟失數據完整性。 該協議還可以傳輸多種數據類型,包括音頻/視頻,USB / PCIe,以太網,控制信號,甚至在同一數據對上加電。

 

具有40kb / sec至1 Mb / sec波特率的CAN總線沒有足夠的帶寬來處理最先進的自動駕駛汽車系統。 盡管如此,CAN和LIN總線系統將繼續在汽車電子系統中扮演重要角色,可以通過SM24CANB TVS二極管陣列等器件保護CAN和LIN數據線免受ESD和其它過電壓瞬變的影響。 SM24CANB系列可吸收超過IEC 61000-4-2國際標準規定的最大水平的重復ESD沖擊,而不會降低性能,并能以低鉗位電壓安全地消耗10A的8/20 μsec浪涌電流(IEC 61000-4-5第二版)。

 

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展望未來,HDBaseT將提供更高的吞吐量,使其也被視為數據骨干。 預期它將最終處理4、8、12和16 Gbps的速度。 高度敏感的芯片組以及對更快數據的需求將需要出色的ESD保護。緊湊型封裝的低電容,低鉗位ESD保護器件將有助于使高級汽車操作安全,可靠和高效。

 

汽車HDBaseT數據線可以采用AQ255NUTG形式的ESD保護,這是一種低電容TVS二極管陣列,還可以防止CDE(電纜放電事件),EFT(電快速瞬變)和高速差分數據線的光感應浪涌,它封裝在一個μDFN封裝(3.0x2.0 mm)中,每個元件可以保護多達四個通道或兩個差分對,最大保護45 A(IEC 61000-4-5第二版)和最高30KV ESD( IEC 61000-4-2)。“直通”設計最大程度地減少了信號失真,減少了電壓過沖,并簡化了PCB設計。


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