IoT 驅動(dòng)汽車(chē)電路保護解決方案的需求

作者/James Colby Littelfuse 公司半導體業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理

　　引言

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

　　現在可以在現代汽車(chē)中使用。汽車(chē)本身現已成為通信的中心。

　　圖1車(chē)內的Broad R-Reach protocol協(xié)議應用

　　新的協(xié)議正在被開(kāi)發(fā)和實(shí)施，以提高連通性和促進(jìn)類(lèi)似寬帶的汽車(chē)通信。雖然連通性的提高使汽車(chē)變得更加安全，并為消費者提供了更多的功能，但它也為設計這些模塊的工程師帶來(lái)了技術(shù)上的挑戰。隨著(zhù)汽車(chē)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。設計工程師需要認識到這些芯片組的獨特的電路保護要求，以確保其在汽車(chē)環(huán)境中的可靠性。

　1新協(xié)議的力量

　　制造商和設計工程師希望利用新的協(xié)議來(lái)滿(mǎn)足消費者對提高安全性、便利性和移動(dòng)通信的需求。以下協(xié)議尚處于不同的開(kāi)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攝像機在汽車(chē)中的兼容性

　　V2X協(xié)議能夠實(shí)現車(chē)輛與道路基礎設施和其他車(chē)輛進(jìn)行通信，為駕駛員提供增強的安全性和效率。雖然協(xié)議概念已經(jīng)通過(guò)測試，但標準和硬件/軟件協(xié)調仍在開(kāi)發(fā)之中。

　　車(chē)對車(chē)(V2V)通信允許車(chē)輛基于其他車(chē)輛的速度和位置執行動(dòng)態(tài)計算。當計算結果表明即將發(fā)生碰撞時(shí)，系統將通知駕駛員或無(wú)人駕駛汽車(chē)采取回避動(dòng)作。這種技術(shù)可防止車(chē)輛撞到其他車(chē)輛或行人。美國交通部報告指出，V2V通信可解決高達79%的車(chē)輛碰撞事故。

　　汽車(chē)對基礎設施(V2I)通信可以使交通系統收集諸如車(chē)輛的速度和移動(dòng)車(chē)輛的方向等關(guān)鍵的信息。在高峰時(shí)間，系統可以利用這些數據來(lái)控制交通燈的計時(shí)，實(shí)現同步、高效的交通運行。

　　此外，V2X可以實(shí)現基于位置的廣告和宣傳。例如，當駕駛員駛近具體的城市或街區時(shí)，他可以基于預設的簡(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(xiàn)，減少了布線(xiàn)

　　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(chē)載系統(如信息娛樂(lè )和自動(dòng)駕駛輔助)通過(guò)單個(gè)、非屏蔽的雙絞線(xiàn)電纜同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)高帶寬數據流量。

　　BroadR-Reach技術(shù)的潛在應用包括簡(jiǎn)化控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上的通信。CAN總線(xiàn)用于與車(chē)輛中的許多重要的系統進(jìn)行通信，包括發(fā)電機控制模塊(ECM)、動(dòng)力系統控制模塊(PCM)、防抱死制動(dòng)系統、儀表組、氣囊和巡航控制。雖然CAN總線(xiàn)標準是可靠的和容錯的，但是它相對較慢。由于人們期望現代的車(chē)輛能夠從車(chē)輛中數百個(gè)傳感器上收集信息，這可能會(huì )產(chǎn)生嚴重的帶寬問(wèn)題，尤其是當系統中被加入了數字視頻信號時(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(xiàn)路，而不是四條。它可以作為傳輸車(chē)輛中各種類(lèi)型數據的高速鏈路?；蛘咚梢员挥脕?lái)聚集大量的慢速線(xiàn)(例如 CAN 總線(xiàn))，從而消除了在車(chē)輛中布設這些線(xiàn)路的需要。因此，一條BroadR-Reach總線(xiàn)可以取代多條慢速線(xiàn)，減少了安裝在車(chē)輛中的線(xiàn)纜總數。線(xiàn)纜的減少可以降低成本，降低整車(chē)重量，并且簡(jiǎn)化了電纜布線(xiàn)。

　　1.3 AHD實(shí)現快速、通用的視頻傳輸

　　AHD 1.0 Tx/Rx正在被開(kāi)發(fā)用以處理來(lái)自車(chē)輛周?chē)糜诒O控和安全的多種類(lèi)型的高清晰度攝像頭的模擬信號。它能以最小的數據丟失率和25fps/30fps的速度傳輸720p的畫(huà)面質(zhì)量，同時(shí)支持COMET和CVBS信號。

　　雖然攝像頭使用的是模擬信號，但它們必須能夠在車(chē)輛的網(wǎng)絡(luò )中傳輸高清晰度的視頻。AHD被設計用于傳輸各種高清晰度的視頻信號，要么只能通過(guò)復雜的HDMI連接來(lái)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 )馬上淘汰的傳統模塊。AHD線(xiàn)路可以使用同一塊芯片在同一條線(xiàn)上傳輸新的高速數據以及速度更低的協(xié)議。

　　2電路保護解決方案的優(yōu)勢

　　表1 先進(jìn)通信協(xié)議的汽車(chē)電路保護解決方案

　　圖3 用于 AHD 視頻應用的瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)設備和新的通信協(xié)議的增加，構建汽車(chē)應用和模塊的工程師面臨著(zhù)獨特的要求。為了創(chuàng )造堅固可靠的設計，工程師應在設計過(guò)程的早期階段考慮 ESD 保護解決方案，以滿(mǎn)足當今汽車(chē)芯片組的高靈敏度。此外，工程師應審查并了解這些模塊所需的系統級 ESD 測試。表中所示的 ESD 保護解決方案將有助于設計工程師開(kāi)發(fā)符合最新通信協(xié)議安全和測試標準的汽車(chē)模塊。

　　3結論

　　在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，新的協(xié)議正在被開(kāi)發(fā)用以提高安全性和促進(jìn)基于汽車(chē)的通信。V2X 旨在幫助車(chē)輛與道路和車(chē)輛之間進(jìn)行通信，以防止碰撞和優(yōu)化交通運行。BroadR-Reach 和 AHD 正在被開(kāi)發(fā)用以提高高速數據傳輸的速度和效率，包括高清晰度的視頻信號。高度敏感的芯片組和對更快數據的需求要求對利用這些新協(xié)議的汽車(chē)模塊提供卓越的 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先進(jìn)的汽車(chē)操作變得安全、可靠和高效。