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、kekaodefuwu，erzaicheliangneibutongguowangluojinxingliuchuanshuzhengxunsuchengweibiaozhunshezhi。yinci
，zaiweihuliumeitifuwushi，wubizuidaxiandudijianshaogongcunwentibingjiangdixianlusunhao。

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

 

移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)行(xing)業(ye)已(yi)經(jing)從(cong)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)向(xiang)高(gao)度(du)集(ji)成(cheng)的(de)係(xi)統(tong)模(mo)塊(kuai)過(guo)渡(du)。隨(sui)著(zhe)汽(qi)車(che)中(zhong)整(zheng)合(he)更(geng)多(duo)連(lian)接(jie)性(xing)，汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)也(ye)必(bi)須(xu)隨(sui)之(zhi)相(xiang)應(ying)轉(zhuan)變(bian)。將(jiang)更(geng)多(duo)的(de)功(gong)能(neng)集(ji)成(cheng)到(dao)前(qian)端(duan)模(mo)塊(kuai)（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）zhiyuzuijiejintianxiandeweizhijiangyouzhuyujianshaocharusunhaohegonghao。ruguozaifasongxinhaozhiqian，chuanshuduanxuyaogengduodedianyuan
，yekeyishiyongshayuqimokuaizhongdebuchangqifangdaxinhao

，bingbuchangdianlanchangduzaochengdesunhaohelianluyusuan。

 

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deRF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. Power汽(qi)車(che)可(ke)靠(kao)性(xing)研(yan)究(jiu)報(bao)告(gao)指(zhi)出(chu)，電(dian)池(chi)故(gu)障(zhang)首(shou)次(ci)成(cheng)為(wei)車(che)主(zhu)麵(mian)臨(lin)的(de)十(shi)大(da)問(wen)題(ti)之(zhi)一(yi)。據(ju)其(qi)研(yan)究(jiu)結(jie)果(guo)顯(xian)示(shi)
，電(dian)池(chi)是(shi)更(geng)換(huan)最(zui)頻(pin)繁(fan)的(de)部(bu)件(jian)，與(yu)正(zheng)常(chang)磨(mo)損(sun)無(wu)關(guan)。在(zai)使(shi)用(yong)了(le)3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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