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AMAZINGIC晶焱科技-車載資通訊系統(tǒng)結(jié)合5G技術(shù)!專業(yè)ESD對(duì)策打造高可靠度車聯(lián)網(wǎng)
發(fā)布日期:2023-11-12 23:49:29
車載資通訊系統(tǒng)是整個(gè)車聯(lián)網(wǎng)的連線終端,提供車內(nèi)各式資訊、并擔(dān)任對(duì)外通訊的管道。 2020年,3GPP將5G NR V2X(5G New-Radio Vehicle to everything)納入標(biāo)準(zhǔn)后[1],其在車載資通訊系統(tǒng)中的采用率逐年提升,此創(chuàng)新技術(shù)具有低延遲時(shí)間、覆蓋范圍廣等特點(diǎn),將主導(dǎo)未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。 5G NR V2X的實(shí)施需要更多的天線來(lái)實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)通訊,包括在車輛之間進(jìn)行直接通訊(V2V)、與基礎(chǔ)交通設(shè)施連接(V2I)以及與行人進(jìn)行通訊(V2P);5G NR V2X天線能夠即時(shí)地接收資訊,讓車輛馬上針對(duì)周遭路況做出反應(yīng),此優(yōu)勢(shì)將大幅降低自動(dòng)駕駛事故的發(fā)生率,達(dá)成真正的智慧交通。
天線中的ESD事件
然而,若5G NR V2X天線遇上ESD(Electrostatic Discharge)事件,智慧交通可能就一點(diǎn)也不「智慧」了。 ESD可能導(dǎo)致天線模組被干擾、訊號(hào)衰減、通訊中斷或降低數(shù)據(jù)傳輸速率,甚至使天線模組完全故障,從而影響車聯(lián)網(wǎng)的安全性與效率。
天線本身是金屬材料制成,當(dāng)然不太可能會(huì)被ESD打壞,但當(dāng)ESD的能量過(guò)大時(shí),可能會(huì)對(duì)「天線模組中的RFIC」造成影響。某些RFIC就對(duì)ESD相當(dāng)敏感;應(yīng)用在5G毫米波頻段之RFIC,會(huì)采用應(yīng)用頻率較廣的GaAs場(chǎng)效電晶體(GaAs Field-Effect Transistor),比起以矽為原料做成的電晶體, GaAs場(chǎng)效電晶體對(duì)于ESD的耐受度較差[2]。由此可知RF制程IC相對(duì)于一般類比IC更容易遭受ESD能量的破壞,而在天線的RFIC部件當(dāng)中,就屬收發(fā)器為最關(guān)鍵,若是被ESD損毀,可能造成電路功能異常,導(dǎo)致天線失效。
天線的靜電保護(hù)方案
為了使天線模組中的元件免于ESD破壞,晶焱科技開(kāi)發(fā)了可以使用于5G天線的TVS(Transient Voltage Suppressor)AZ9924-01F、AZ9817-01F、AZ9568-01F、AZ9565-01F。放置于天線的TVS須符合特定條件;(1)工作電壓:如圖一所示,在設(shè)計(jì)上須選擇恰當(dāng)工作電壓之TVS,以確保接收器能接收到完整功率的訊號(hào),使其峰值電壓不受TVS鉗制所影響;表一中TVS之工作電壓分別為 24 V/ 17 V/ 8 V/ 5 V,可依天線之發(fā)射功率來(lái)做工作電壓的挑選。另外應(yīng)用于天線的TVS元件須為雙向,原因同上;(2)寄生電容:TVS的寄生電容會(huì)導(dǎo)致天線諧振頻率的損失與變化[3],AZ9568-01F之寄生電容低至0.4 pF,同時(shí)也能減少造成阻抗不匹配、導(dǎo)致訊號(hào)失真的影響。
AZ9568-01F 通過(guò)AEC-Q101可靠度驗(yàn)證,可放心使用在車載應(yīng)用上。另外,其IEC 61000-4-2 ESD耐受度高達(dá)30 kV,于8 kV ESD下鉗制電壓為20 V,能在不影響天線運(yùn)作的情況中提供最好的保護(hù)。
圖一、TVS應(yīng)用在天線時(shí)的I-V曲線。
TVS PN | Capacitance (Typical) |
VRWM (Reverse Stand-off Voltage) |
Vclamp @TLP=16A |
ESD Contact/Air | Size(L) | Size(W) | Size(H) |
AZ9565-01F | 0.45pF | 5V | 20V | 12kV/15kV | 1.0mm | 0.6mm | 0.53mm |
AZ9568-01F | 0.4pF | 8V | 20V | 30kV/30kV | 1.0mm | 0.6mm | 0.5mm |
AZ9817-01F | 0.4pF | 17V | 38V | 10kV/15kV | 1.0mm | 0.6mm | 0.5mm |
AZ9924-01F | 0.3pF | 24V | 53V | 11kV/15kV | 1.0mm | 0.6mm | 0.5mm |
表一、天線的ESD保護(hù)元件列表。
在車聯(lián)網(wǎng)實(shí)施全面的靜電防護(hù)措施相當(dāng)重要;車載資通訊系統(tǒng)身為車聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵角色,隨著自駕車技術(shù)興起,更是攸關(guān)安全性。天線模組為車載資通訊系統(tǒng)向外溝通的橋梁,本文記載天線模組的靜電保護(hù)解決方案,以提供車載資通訊系統(tǒng)關(guān)鍵部件更完善的防護(hù)。
[1] 3GPP TS 38.101-1 version 16.5.0 Release 16 (2020)
[2] J. M. Beall; G. I. Drandova IEEE CSIC-S Dig. 2005, 276-279.
[3] L. Xu; X. Chen; S. Tan; Z. Hu; B. Ying; T. T. Ye; Y. Li IEEE Sens. J. 2020, 20, 23.