那麼汽車RF工程師如何設計互聯汽車呢
？讓我們先來看看如何克服汽車設計中的一些最大的RF挑戰。

 

當今汽車格局：複雜的標準和挑戰生態係統

 

當今的汽車有很多可與世界互聯的電子器件。對於RF係統，這意味著隨著汽車製造商在車內放置更多的電信設備，就會出現很多RFFE鏈。下圖顯示了一個通用係統的示例。

 

 

汽車RF生態係統的變化給RF係統設計人員帶來了多個挑戰：

 

● 將多個支持不同標準的器件集成到汽車中，有時集成到一個模塊。

● 由於許多支持不同標準的器件相鄰
，存在共存問題。

● 最大限度地減少電子部件發熱。

● 更加關注功耗
，因為所有車輛設備都使用同一個電池電源。

● 確保產品組件具有長期可靠性。

 

並非汽車行業才有這些挑戰，可以采用與Wi-Fi連接性和移動設備等其他應用類似的戰略克服這些挑戰。下麵是選擇汽車RF元件時的一些基本設計技巧：

 

● 使用高度線性的有源或前端設備。

● 使用能夠盡量減少RFFE中的插入損耗和減少總RF鏈路預算的組件。

● 關注RFFE的效率

、電流消耗和功耗。

● 使用高性能RF濾波器，以盡量減少插入損耗、溫度漂移和幹擾。

● 考慮使用在單個封裝中整合傳輸

、接收和過濾功能的組件。

● 使用符合IATF和IEC行業標準的汽車應用級產品。

 

下麵我們更深入地探討RF共存、集成
、天線設計

、熱管理、電池使用壽命和汽車可靠性的設計考量。

 

解決RF共存問題

 

需要流傳輸視頻的用戶希望在汽車中提供快速、可(ke)靠(kao)的(de)服(fu)務(wu)，而(er)在(zai)車(che)輛(liang)內(nei)部(bu)通(tong)過(guo)網(wang)絡(luo)進(jin)行(xing)流(liu)傳(chuan)輸(shu)正(zheng)迅(xun)速(su)成(cheng)為(wei)標(biao)準(zhun)設(she)置(zhi)。因(yin)此(ci)
，在(zai)維(wei)護(hu)流(liu)媒(mei)體(ti)服(fu)務(wu)時(shi)，務(wu)必(bi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)共(gong)存(cun)問(wen)題(ti)並(bing)降(jiang)低(di)線(xian)路(lu)損(sun)耗(hao)。

但是
，最大限度地支持無線頻段和標準之間的共存是一項艱巨的任務。如果未采用適當的濾波配置，在以下頻率可能會增加共存問題：

 

2.4 GHz:

 

● Wi-Fi和蜂窩通信
，如LTE頻段41

● Wi-Fi和藍牙

● SDARS（衛星數字音頻廣播服務）和LTE

 

5 GHz:

 

● Wi-Fi和V2X（802.11p和C-V2X）

● V2X和U-NII（未經許可的國家信息基礎設施）頻段
，具體為U-NII-3

● 從2.4GHz和5GHz頻譜圖中可看到，在車聯網中使用無線技術的帶寬是多麼擁擠。

 

 

那麼，緩解這些共存問題的最佳方法是什麼
？一些最佳做法是在設計中使用高性能RF濾波器和高線性度有源器件。

 

● 濾波器可以減少無線電信號之間的帶外幹擾。

● 共存濾波器可以減輕傳輸信號可能存在的靈敏度降低現象。

 

如今的車輛通信支持天線和收發器之間的許多傳輸和接收路徑，而隔離這些路徑需要使用濾波器。這些濾波器必須：

 

● 隔離共存頻段。

● 具有較低的插入損耗
，以盡量減少傳輸功耗。

● 優化接收器靈敏度。

 

集成至關重要

 

yidongdianhuaxingyeyijingcongfenliyuanjianxianggaodujichengdexitongmokuaiguodu。suizheqichezhongzhenghegengduolianjiexing
，qichezhizaoshangyebixusuizhixiangyingzhuanbian。jianggengduodegongnengjichengdaoqianduanmokuai（FEM）或濾波器模塊中有助於簡化RF設計，如下一個框圖所示。

 

 

汽車工程師過去隻關注GPS和藍牙，但現在必須針對C-V2X等新無線標準
，以及未來的 5G新無線電（NR）進行設計。設計人員必須學習以下框圖中所示的所有技術，同時將其融入汽車設計中。很有可能是使用移動電話技術作為跳板。

 

 

Qorvo工程師創建的RF Fusion™可幫助我們的客戶利用集成解決方案
，有效地降低設計複雜性
，並縮短上市時間。其中許多複雜模塊包括嵌入式濾波器，進一步降低 RF複雜度和總鏈路預算。

 

天線和RFFE

 

想象一下將鯊魚鰭天線連接到電纜
，然後連接到汽車其他地方（通常在儀表盤中）的低噪聲放大器（LNA）。雖然在傳統車輛製造中使用電纜是很常見的做法，但長距離布線會導致天線和RFFE之間產生插入損耗（增加鏈路預算）。這也會增加LNA輸入端的噪聲係數（Nf），特別是在蜂窩和Wi-Fi場景中，並降低信號和接收器的靈敏度。如果天線能接收到較低的功率電平，其靈敏度就會提高。

 

避免這種情況的一種方式是將鯊魚鰭模塊中的天線和RFFE組件安裝在車頂
，盡可能靠近信號輸入
，並設在任何布線之前。通過靠近天線集成RFFE，可以最大限度地減少NF並提高信號性能
，而保持低NF也有助於提高接收器靈敏度。

 

 

此方法也可用於改進天線的傳輸功能。減少布線並將功率放大器（PA）置zhi於yu最zui接jie近jin天tian線xian的de位wei置zhi將jiang有you助zhu於yu減jian少shao插cha入ru損sun耗hao和he功gong耗hao。如ru果guo在zai發fa送song信xin號hao之zhi前qian，傳chuan輸shu端duan需xu要yao更geng多duo的de電dian源yuan，也ye可ke以yi使shi用yong鯊sha魚yu鰭qi模mo塊kuai中zhong的de補bu償chang器qi放fang大da信xin號hao，並bing補bu償chang電dian纜lan長chang度du造zao成cheng的de損sun耗hao和he鏈lian路lu預yu算suan。

 

熱管理

 

在汽車應用中
，關鍵的設計挑戰之一是車內和外部環境中的熱管理。汽車產品會發熱，這種溫度升高現象會影響係統級RF調諧和性能。

 

所(suo)有(you)無(wu)線(xian)連(lian)接(jie)和(he)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)仍(reng)處(chu)在(zai)較(jiao)小(xiao)的(de)汽(qi)車(che)空(kong)間(jian)內(nei)。有(you)限(xian)的(de)區(qu)域(yu)內(nei)輻(fu)射(she)熱(re)量(liang)會(hui)增(zeng)加(jia)。發(fa)熱(re)也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)汽(qi)車(che)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)

，從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)汽(qi)車(che)的(de)安(an)全(quan)性(xing)能(neng)。若(ruo)要(yao)緩(huan)解(jie)發(fa)熱(re)問(wen)題(ti)
，需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)以(yi)下(xia)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)：

 

● RFFE效率

● 電流消耗

● 功耗

 

設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)一(yi)些(xie)傳(chuan)導(dao)和(he)對(dui)流(liu)冷(leng)卻(que)的(de)散(san)熱(re)方(fang)法(fa)
，但(dan)這(zhe)些(xie)在(zai)汽(qi)車(che)中(zhong)的(de)作(zuo)用(yong)有(you)限(xian)。而(er)小(xiao)尺(chi)寸(cun)的(de)產(chan)品(pin)外(wai)形(xing)使(shi)這(zhe)一(yi)熱(re)挑(tiao)戰(zhan)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)。以(yi)下(xia)技(ji)術(shu)有(you)助(zhu)於(yu)解(jie)決(jue)與(yu)熱(re)有(you)關(guan)的(de)RF問題：

 

● 使用組件製造商提供的PC板布局文件和評估板。您最好獲取並使用製造商的設計，因為他們的布局經過了散熱和熱效率優化。

 

● 使用隨溫度條件變化最小或沒有變化的RF濾波器。如下圖所示，由於溫度變化，濾波器向左或向右漂移。對於汽車係統，務必使用具有出色的溫度穩定性

、低插入損耗和高品質因數的溫度補償濾波器，如Qorvo的BAW技術產品，幫助解決與熱相關的問題（以及共存）。BAW技術的溫度穩定性比SAW平均高50%。

 

● 使用高線性度前端產品。通過使用高線性度前端產品可提高PA效率，從而優化係統效率並減少熱量。在RFFE中保持最小插入損耗至關重要，特別是在運行發熱時。RFFE性(xing)能(neng)不(bu)佳(jia)會(hui)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)流(liu)消(xiao)耗(hao)，並(bing)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)處(chu)理(li)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)負(fu)荷(he)。而(er)處(chu)理(li)器(qi)高(gao)負(fu)荷(he)工(gong)作(zuo)反(fan)過(guo)來(lai)會(hui)導(dao)致(zhi)發(fa)熱(re)，係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)降(jiang)低(di)，並(bing)消(xiao)耗(hao)車(che)輛(liang)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)。

 

 

電池使用壽命

 

2017年，J.D. Powerqichekekaoxingyanjiubaogaozhichu，dianchiguzhangshoucichengweichezhumianlindeshidawentizhiyi。juqiyanjiujieguoxianshi

，dianchishigenghuanzuipinfandebujian
，yuzhengchangmosunwuguan。zaishiyongle3年的汽車中，更換電池的比例為6.1%，比2016年增加了1.3%。他們發現，許多複雜的新型車載電子係統（如信息娛樂
、智能手機連接、語音識別和無鑰門禁）消耗的電流增加，使電池使用壽命縮短。

 

例(li)如(ru)用(yong)於(yu)解(jie)鎖(suo)和(he)起(qi)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)汽(qi)車(che)遙(yao)控(kong)鑰(yao)匙(chi)。車(che)主(zhu)使(shi)用(yong)此(ci)功(gong)能(neng)是(shi)為(wei)了(le)方(fang)便(bian)，但(dan)它(ta)會(hui)耗(hao)盡(jin)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)。如(ru)果(guo)將(jiang)遙(yao)控(kong)鑰(yao)匙(chi)靠(kao)近(jin)車(che)輛(liang)或(huo)放(fang)在(zai)車(che)內(nei)，發(fa)射(she)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)會(hui)持(chi)續(xu)通(tong)信(xin)
，對(dui)車(che)輛(liang)進(jin)行(xing) ping操作。測試表明，將遙控鑰匙靠近車輛
，相比放在車外

，電池消耗得更快。

 

隨著新的無線和有線技術進入汽車領域，采取以下措施來延長電池使用壽命至關重要：

 

● 使用功耗低的設備解決方案。

● 了解空閑和運行期間的RFFE功耗。

● 使用隨溫度條件變化最小或沒有變化的濾波器。

 

可靠性和長期性能

 

汽車電子行業為RF半導體供應商提供了穩健的收入增長前景。ADAS
、電動汽車、人機界麵（HMI）和互聯信息娛樂等應用領域中的創新技術正在推動半導體行業發展
，汽車工程師必須使RF和其他子係統實現無縫協同工作。這些半導體還需要滿足汽車行業製定的嚴格可靠性要求。

 

使用商用部件而不是專用汽車應用級產品可能很有誘惑力。但是
，選擇專為汽車應用而設計並且已經通過IATF和IEC認證測試的產品，有助於確保您的RF係統長期穩定地工作。

 

來源：Qorvo半導體

 

 

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