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  駕駛員和車(chē)輛現(xiàn)在越來(lái)越依賴(lài)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)。在車(chē)輛的ADAS中，雖然雷達(dá)和激光雷達(dá)等系統(tǒng)的使用非常重要，但其高度依賴(lài)高質(zhì)量的視頻圖像。隨著車(chē)輛自動(dòng)化程度不斷提高，這些視頻流質(zhì)量的重要性日益凸顯。從設(shè)計(jì)方面來(lái)看，高速視頻鏈接設(shè)計(jì)需要考慮如何在惡劣的環(huán)境下，保持所需的信號(hào)完整性。

  一些汽車(chē)已經(jīng)配備了可以自動(dòng)識(shí)別道路標(biāo)志，或是檢測(cè)汽車(chē)偏離車(chē)道的系統(tǒng)。到目前為止，這些功能只能使用車(chē)輛內(nèi)部和周?chē)囊曨l傳感器加以實(shí)現(xiàn)。

  盡管視頻數(shù)據(jù)在汽車(chē)領(lǐng)域的使用和重要性與日俱增，但仍然缺少全球公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義視頻數(shù)據(jù)在車(chē)輛周?chē)蚕淼姆绞?。制造商將自行選擇自己偏好的解決方案。其中包括專(zhuān)有標(biāo)準(zhǔn)，例如APIX、GSML和FPD-Link，分別支持6 Gbit/s、10 Gbit/s和13 Gbit/s速度。此外，速度高達(dá)1 Gbit/s的汽車(chē)級(jí)以太網(wǎng)的使用也與日俱增。

  隨著帶寬和分辨率需求不斷提高，車(chē)輛中使用的平均視頻鏈接數(shù)量也將增加。不久前還適用于倒車(chē)攝像頭的標(biāo)準(zhǔn)清晰度，將被高清晰度、高幀率的傳感器所取代，從而在高速行駛時(shí)進(jìn)行高分辨率圖像捕獲。

  保持信號(hào)完整性是重中之重

  從設(shè)計(jì)方面來(lái)看，高速視頻鏈接設(shè)計(jì)需要考慮如何在惡劣的環(huán)境下，保持所需的信號(hào)完整性。視頻數(shù)據(jù)路徑中添加的每個(gè)組件都會(huì)引入損耗，這將影響同軸電纜的選擇、連接器的質(zhì)量，以及信號(hào)如何路由到鏈接的物理接口(PHY)。保持信號(hào)完整性是重中之重，但仍需要通過(guò)增加適當(dāng)級(jí)別的保護(hù)，防止?jié)撛诘腅SD脈沖和故障條件(例如電池軌短路)。接口還需要承受高達(dá)10kV的瞬態(tài)電壓。必須仔細(xì)考慮與所用保護(hù)器件相關(guān)的插入電容的影響，以便在不影響信號(hào)完整性的前提下提供保護(hù)。

  例如，過(guò)去的建議是將ESD器件盡可能靠近PHY，以保護(hù)IC。這一建議早已更改，現(xiàn)在ESD保護(hù)的首選位置是將保護(hù)放置在盡可能靠近連接器的位置。這通常意味著，ESD器件現(xiàn)在位于隔直電容的連接器側(cè)，如圖1所示。如果使用可選的共模扼流圈(CMC)，這也意味著將ESD器件從PHY側(cè)移動(dòng)到CMC的連接器側(cè)。

  那么，為什么要改變之前的方法呢?原先的位置靠近PHY，很明顯ESD器件旨在保護(hù)PHY的敏感電子電路。為了做到這一點(diǎn)，靜電沖擊需要通過(guò)隔直電容和CMC。在這個(gè)位置，能夠?qū)⑴cESD保護(hù)相關(guān)的插入損耗降到最低。但很明顯，電路的其他組件和部分無(wú)法受到保護(hù)。

  ESD保護(hù)的最佳位置是什么?

  從技術(shù)角度來(lái)看，ESD保護(hù)的最佳位置實(shí)際上應(yīng)盡可能靠近連接器。這樣一來(lái)，ESD可以將ESD脈沖鉗位到地，同時(shí)仍與電路保持物理距離，尤其是與PHY本身。這就是為什么汽車(chē)行業(yè)的一些規(guī)范，例如開(kāi)放技術(shù)聯(lián)盟特別利益集團(tuán)(SIG)提出的規(guī)范，現(xiàn)在建議ESD保護(hù)應(yīng)更接近ESD脈沖進(jìn)入PCB的點(diǎn)。其目的是根據(jù)系統(tǒng)的需要，而不是為某個(gè)特定組件提供ESD保護(hù)。圖2顯示了ESD器件位置的變化。

  將ESD器件移近連接器能夠?yàn)楦嚯娐诽峁┍Ｗo(hù)，但由于它靠近連接器的端子，還會(huì)產(chǎn)生其他影響。這些影響將決定汽車(chē)工程師在實(shí)現(xiàn)高速接口(例如視頻連接)時(shí)所做的設(shè)計(jì)選擇。這些選擇與ESD器件引入的電容，以及這會(huì)如何影響當(dāng)前數(shù)字信號(hào)的上升/下降時(shí)間有關(guān)。

  此外，由于ESD保護(hù)器件現(xiàn)在更接近“外部世界”，因此將面臨截然不同的威脅。這包括電纜上的潛在故障，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)和電源軌之間短路。在汽車(chē)環(huán)境中，這意味著ESD器件需要承受其端子間至少12V的短路，而不會(huì)出現(xiàn)故障。如果ESD器件放置在CMC和隔直電容后，這一要求也無(wú)需考慮了。圖1包括可用于任一位置的器件選擇，突出顯示了不同的反向關(guān)態(tài)電壓(VRWM)。

  仿真對(duì)于現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)至關(guān)重要

  在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，仿真在項(xiàng)目概念階段的重要性正日益凸顯。Nexperia深諳于此，并支持ESD事件本身的仿真和SI仿真?？梢允褂酶咝У南到y(tǒng)級(jí)ESD設(shè)計(jì)(SEED)模型，對(duì)ESD保護(hù)器件進(jìn)行評(píng)估。

  使用SEED方法的仿真同時(shí)考慮接口與電路的其余部分。模型基于等效電路來(lái)表示PHY、CMC和隔斷電容?？梢詫?duì)ESD保護(hù)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行建模。 使用SEED仿真和模型，設(shè)計(jì)工程師可以測(cè)試自己的ESD電路設(shè)計(jì)選擇，然后根據(jù)結(jié)果選擇合適的ESD保護(hù)器件，即使在概念階段也是如此。Nexperia已使用這種方法來(lái)表征其ESD保護(hù)器件，并分析它們?nèi)绾蔚挚故芸仂o電放電引起的初始電流和殘余電流。Nexperia還為其所有ESD保護(hù)器件提供散射參數(shù)數(shù)據(jù)，包括用于高速接口的器件，尤其是視頻鏈接。設(shè)計(jì)工程師可使用散射參數(shù)，對(duì)其獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行SI仿真。