IoT 驱动汽车电路保护解决方案的需求

作者/James Colby Littelfuse 公司半导体业务开发经理

　　引言

　　过去，汽车由许多独立的电子系统组成。甚至用于制造车辆的装配线都需要多个独立的系统进行操作和管理。然而，物联网(IoT)的出现极大地改变了汽车电子和装配。以前只能在家庭或办公室使用的连接

　　现在可以在现代汽车中使用。汽车本身现已成为通信的中心。

　　图1车内的Broad R-Reach protocol协议应用

　　新的协议正在被开发和实施，以提高连通性和促进类似宽带的汽车通信。虽然连通性的提高使汽车变得更加安全，并为消费者提供了更多的功能，但它也为设计这些模块的工程师带来了技术上的挑战。随着汽车电路功能变得更加先进，芯片组制造所采用的技术也变得更小更密集。因此，芯片组更加容易受到静电放电(ESD)的影响。设计工程师需要认识到这些芯片组的独特的电路保护要求，以确保其在汽车环境中的可靠性。

　1新协议的力量

　　制造商和设计工程师希望利用新的协议来满足消费者对提高安全性、便利性和移动通信的需求。以下协议尚处于不同的开发和实施阶段。

　　1.1 V2X提供安全高效的道路行驶

　　图2 AHD摄像机在汽车中的兼容性

　　V2X协议能够实现车辆与道路基础设施和其他车辆进行通信，为驾驶员提供增强的安全性和效率。虽然协议概念已经通过测试，但标准和硬件/软件协调仍在开发之中。

　　车对车(V2V)通信允许车辆基于其他车辆的速度和位置执行动态计算。当计算结果表明即将发生碰撞时，系统将通知驾驶员或无人驾驶汽车采取回避动作。这种技术可防止车辆撞到其他车辆或行人。美国交通部报告指出，V2V通信可解决高达79%的车辆碰撞事故。

　　汽车对基础设施(V2I)通信可以使交通系统收集诸如车辆的速度和移动车辆的方向等关键的信息。在高峰时间，系统可以利用这些数据来控制交通灯的计时，实现同步、高效的交通运行。

　　此外，V2X可以实现基于位置的广告和宣传。例如，当驾驶员驶近具体的城市或街区时，他可以基于预设的简况或偏好收到关于该城市产品和服务的信息。驾驶员沿他的行使路径可以收到关于零售商店的信息，甚至是符合他口味的餐馆信息的通知。

　　1.2 BroadR-Reach取代了慢速总线，减少了布线

　　BroadR-Reach技术目前处于实施的早期阶段，它将允许多个车载系统(如信息娱乐和自动驾驶辅助)通过单个、非屏蔽的双绞线电缆同时访问高带宽数据流量。

　　BroadR-Reach技术的潜在应用包括简化控制器局域网(CAN)总线网络上的通信。CAN总线用于与车辆中的许多重要的系统进行通信，包括发电机控制模块(ECM)、动力系统控制模块(PCM)、防抱死制动系统、仪表组、气囊和巡航控制。虽然CAN总线标准是可靠的和容错的，但是它相对较慢。由于人们期望现代的车辆能够从车辆中数百个传感器上收集信息，这可能会产生严重的带宽问题，尤其是当系统中被加入了数字视频信号时。

　　作为基于以太网的协议，BroadR-Reach支持100 Mbps的通信，而仅使用两条通信线路，而不是四条。它可以作为传输车辆中各种类型数据的高速链路。或者它可以被用来聚集大量的慢速线(例如 CAN 总线)，从而消除了在车辆中布设这些线路的需要。因此，一条BroadR-Reach总线可以取代多条慢速线，减少了安装在车辆中的线缆总数。线缆的减少可以降低成本，降低整车重量，并且简化了电缆布线。

　　1.3 AHD实现快速、通用的视频传输

　　AHD 1.0 Tx/Rx正在被开发用以处理来自车辆周围用于监控和安全的多种类型的高清晰度摄像头的模拟信号。它能以最小的数据丢失率和25fps/30fps的速度传输720p的画面质量，同时支持COMET和CVBS信号。

　　虽然摄像头使用的是模拟信号，但它们必须能够在车辆的网络中传输高清晰度的视频。AHD被设计用于传输各种高清晰度的视频信号，要么只能通过复杂的HDMI连接来处理。AHD由于支持多种视频传输协议，被证明是非常通用的，同时向后兼容不会马上淘汰的传统模块。AHD线路可以使用同一块芯片在同一条线上传输新的高速数据以及速度更低的协议。

　　2电路保护解决方案的优势

　　表1 先进通信协议的汽车电路保护解决方案

　　图3 用于 AHD 视频应用的瞬态电压抑制(TVS)二极管

　　随着物联网设备和新的通信协议的增加，构建汽车应用和模块的工程师面临着独特的要求。为了创造坚固可靠的设计，工程师应在设计过程的早期阶段考虑 ESD 保护解决方案，以满足当今汽车芯片组的高灵敏度。此外，工程师应审查并了解这些模块所需的系统级 ESD 测试。表中所示的 ESD 保护解决方案将有助于设计工程师开发符合最新通信协议安全和测试标准的汽车模块。

　　3结论

　　在物联网时代，新的协议正在被开发用以提高安全性和促进基于汽车的通信。V2X 旨在帮助车辆与道路和车辆之间进行通信，以防止碰撞和优化交通运行。BroadR-Reach 和 AHD 正在被开发用以提高高速数据传输的速度和效率，包括高清晰度的视频信号。高度敏感的芯片组和对更快数据的需求要求对利用这些新协议的汽车模块提供卓越的 ESD 保护。紧凑型封装的低电容、低钳位 ESD 保护器件将有助于使先进的汽车操作变得安全、可靠和高效。