IoT 驅(qū)動(dòng)汽車電路保護(hù)解決方案的需求

作者/James Colby Littelfuse 公司半導(dǎo)體業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理

　　引言

　　過去，汽車由許多獨(dú)立的電子系統(tǒng)組成。甚至用于制造車輛的裝配線都需要多個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理。然而，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的出現(xiàn)極大地改變了汽車電子和裝配。以前只能在家庭或辦公室使用的連接

　　現(xiàn)在可以在現(xiàn)代汽車中使用。汽車本身現(xiàn)已成為通信的中心。

　　圖1車內(nèi)的Broad R-Reach protocol協(xié)議應(yīng)用

　　新的協(xié)議正在被開發(fā)和實(shí)施，以提高連通性和促進(jìn)類似寬帶的汽車通信。雖然連通性的提高使汽車變得更加安全，并為消費(fèi)者提供了更多的功能，但它也為設(shè)計(jì)這些模塊的工程師帶來了技術(shù)上的挑戰(zhàn)。隨著汽車電路功能變得更加先進(jìn)，芯片組制造所采用的技術(shù)也變得更小更密集。因此，芯片組更加容易受到靜電放電(ESD)的影響。設(shè)計(jì)工程師需要認(rèn)識(shí)到這些芯片組的獨(dú)特的電路保護(hù)要求，以確保其在汽車環(huán)境中的可靠性。

　1新協(xié)議的力量

　　制造商和設(shè)計(jì)工程師希望利用新的協(xié)議來滿足消費(fèi)者對(duì)提高安全性、便利性和移動(dòng)通信的需求。以下協(xié)議尚處于不同的開發(fā)和實(shí)施階段。

　　1.1 V2X提供安全高效的道路行駛

　　圖2 AHD攝像機(jī)在汽車中的兼容性

　　V2X協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與道路基礎(chǔ)設(shè)施和其他車輛進(jìn)行通信，為駕駛員提供增強(qiáng)的安全性和效率。雖然協(xié)議概念已經(jīng)通過測(cè)試，但標(biāo)準(zhǔn)和硬件/軟件協(xié)調(diào)仍在開發(fā)之中。

　　車對(duì)車(V2V)通信允許車輛基于其他車輛的速度和位置執(zhí)行動(dòng)態(tài)計(jì)算。當(dāng)計(jì)算結(jié)果表明即將發(fā)生碰撞時(shí)，系統(tǒng)將通知駕駛員或無人駕駛汽車采取回避動(dòng)作。這種技術(shù)可防止車輛撞到其他車輛或行人。美國(guó)交通部報(bào)告指出，V2V通信可解決高達(dá)79%的車輛碰撞事故。

　　汽車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信可以使交通系統(tǒng)收集諸如車輛的速度和移動(dòng)車輛的方向等關(guān)鍵的信息。在高峰時(shí)間，系統(tǒng)可以利用這些數(shù)據(jù)來控制交通燈的計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步、高效的交通運(yùn)行。

　　此外，V2X可以實(shí)現(xiàn)基于位置的廣告和宣傳。例如，當(dāng)駕駛員駛近具體的城市或街區(qū)時(shí)，他可以基于預(yù)設(shè)的簡(jiǎn)況或偏好收到關(guān)于該城市產(chǎn)品和服務(wù)的信息。駕駛員沿他的行使路徑可以收到關(guān)于零售商店的信息，甚至是符合他口味的餐館信息的通知。

　　1.2 BroadR-Reach取代了慢速總線，減少了布線

　　BroadR-Reach技術(shù)目前處于實(shí)施的早期階段，它將允許多個(gè)車載系統(tǒng)(如信息娛樂和自動(dòng)駕駛輔助)通過單個(gè)、非屏蔽的雙絞線電纜同時(shí)訪問高帶寬數(shù)據(jù)流量。

　　BroadR-Reach技術(shù)的潛在應(yīng)用包括簡(jiǎn)化控制器局域網(wǎng)(CAN)總線網(wǎng)絡(luò)上的通信。CAN總線用于與車輛中的許多重要的系統(tǒng)進(jìn)行通信，包括發(fā)電機(jī)控制模塊(ECM)、動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊(PCM)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、儀表組、氣囊和巡航控制。雖然CAN總線標(biāo)準(zhǔn)是可靠的和容錯(cuò)的，但是它相對(duì)較慢。由于人們期望現(xiàn)代的車輛能夠從車輛中數(shù)百個(gè)傳感器上收集信息，這可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的帶寬問題，尤其是當(dāng)系統(tǒng)中被加入了數(shù)字視頻信號(hào)時(shí)。

　　作為基于以太網(wǎng)的協(xié)議，BroadR-Reach支持100 Mbps的通信，而僅使用兩條通信線路，而不是四條。它可以作為傳輸車輛中各種類型數(shù)據(jù)的高速鏈路?；蛘咚梢员挥脕砭奂罅康穆倬€(例如 CAN 總線)，從而消除了在車輛中布設(shè)這些線路的需要。因此，一條BroadR-Reach總線可以取代多條慢速線，減少了安裝在車輛中的線纜總數(shù)。線纜的減少可以降低成本，降低整車重量，并且簡(jiǎn)化了電纜布線。

　　1.3 AHD實(shí)現(xiàn)快速、通用的視頻傳輸

　　AHD 1.0 Tx/Rx正在被開發(fā)用以處理來自車輛周圍用于監(jiān)控和安全的多種類型的高清晰度攝像頭的模擬信號(hào)。它能以最小的數(shù)據(jù)丟失率和25fps/30fps的速度傳輸720p的畫面質(zhì)量，同時(shí)支持COMET和CVBS信號(hào)。

　　雖然攝像頭使用的是模擬信號(hào)，但它們必須能夠在車輛的網(wǎng)絡(luò)中傳輸高清晰度的視頻。AHD被設(shè)計(jì)用于傳輸各種高清晰度的視頻信號(hào)，要么只能通過復(fù)雜的HDMI連接來處理。AHD由于支持多種視頻傳輸協(xié)議，被證明是非常通用的，同時(shí)向后兼容不會(huì)馬上淘汰的傳統(tǒng)模塊。AHD線路可以使用同一塊芯片在同一條線上傳輸新的高速數(shù)據(jù)以及速度更低的協(xié)議。

　　2電路保護(hù)解決方案的優(yōu)勢(shì)

　　表1 先進(jìn)通信協(xié)議的汽車電路保護(hù)解決方案

　　圖3 用于 AHD 視頻應(yīng)用的瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和新的通信協(xié)議的增加，構(gòu)建汽車應(yīng)用和模塊的工程師面臨著獨(dú)特的要求。為了創(chuàng)造堅(jiān)固可靠的設(shè)計(jì)，工程師應(yīng)在設(shè)計(jì)過程的早期階段考慮 ESD 保護(hù)解決方案，以滿足當(dāng)今汽車芯片組的高靈敏度。此外，工程師應(yīng)審查并了解這些模塊所需的系統(tǒng)級(jí) ESD 測(cè)試。表中所示的 ESD 保護(hù)解決方案將有助于設(shè)計(jì)工程師開發(fā)符合最新通信協(xié)議安全和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的汽車模塊。

　　3結(jié)論

　　在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，新的協(xié)議正在被開發(fā)用以提高安全性和促進(jìn)基于汽車的通信。V2X 旨在幫助車輛與道路和車輛之間進(jìn)行通信，以防止碰撞和優(yōu)化交通運(yùn)行。BroadR-Reach 和 AHD 正在被開發(fā)用以提高高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托剩ǜ咔逦鹊囊曨l信號(hào)。高度敏感的芯片組和對(duì)更快數(shù)據(jù)的需求要求對(duì)利用這些新協(xié)議的汽車模塊提供卓越的 ESD 保護(hù)。緊湊型封裝的低電容、低鉗位 ESD 保護(hù)器件將有助于使先進(jìn)的汽車操作變得安全、可靠和高效。