發布日期：2022-10-18 點擊率：56
那么汽車 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。
當今的汽車格局：復雜的標準和挑戰生態系統
當今的汽車有很多可與世界互聯的電子器件。對于 RF 系統，這意味著隨著汽車制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系統的示例。
汽車 RF 生態系統的變化給 RF 系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
由于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
并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。下面是選擇汽車 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、溫度漂移和干擾。
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。
下面我們更深入地探討 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、可靠的服務，而在車輛內部通過網絡進行流傳輸正迅速成為標準設置。因此，在維護流媒體服務時，務必最大限度地減少共存問題并降低線路損耗。
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 2.4 GHz 和 5 GHz 頻譜圖中可看到，在車聯網中使用無線技術的帶寬是多么擁擠。
那么，緩解這些共存問題的最佳方法是什么？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干擾。
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
移動電話行業已經從分立元件向高度集成的系統模塊過渡。隨著汽車中整合更多連接性，汽車制造商也必須隨之相應轉變。將更多的功能集成到前端模塊 (FEM) 或濾波器模塊中有助于簡化 RF 設計，如下一個框圖所示。
汽車工程師過去只關注 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，有效地降低設計復雜性，并縮短上市時間。其中許多復雜模塊包括嵌入式濾波器，進一步降低了 RF 復雜度和總鏈路預算。
天線和 RFFE
想象一下將鯊魚鰭天線連接到電纜，然后連接到汽車其他地方（通常在儀表盤中）的低噪聲放大器 (LNA)。雖然在傳統車輛制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 輸入端的噪聲系數 (Nf)，特別是在蜂窩和 Wi-Fi 場景中，并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，并設在任何布線之前。通過靠近天線集成 RFFE，可以最大限度地減少 NF 并提高信號性能，而保持低 NF 也有助于提高接收器靈敏度。
此方法也可用于改進天線的傳輸功能。減少布線并將功率放大器 (PA) 置于最接近天線的位置將有助于減少插入損耗和功耗。如果在發送信號之前，傳輸端需要更多的電源，也可以使用鯊魚鰭模塊中的補償器放大信號，并補償電纜長度造成的損耗和鏈路預算。
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系統級 RF 調諧和性能。
所有無線連接和電子器件仍處在較小的汽車空間內。有限的區域內輻射熱量會增加。發熱也會影響汽車的可靠性，從而影響汽車的安全性能。
若要緩解發熱問題，需要注意以下關鍵參數：
RFFE 效率
電流消耗
功耗
設計人員可以使用一些傳導和對流冷卻的散熱方法，但這些在汽車中的作用有限。而小尺寸的產品外形使這一熱挑戰變得更加復雜。以下技術有助于解決與熱有關的 RF 問題：
使用組件制造商提供的 PC 板布局文件和評估板。您最好獲取并使用制造商的設計，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，由于溫度變化，濾波器向左或向右漂移。對于汽車系統，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%。
電池使用壽命
2017 年，J.D. Power 汽車可靠性研究報告指出，電池故障首次成為車主面臨的十大問題之一。據其研究結果顯示，電池是更換最頻繁的部件，與正常磨損無關。在使用了 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，許多復雜的新型車載電子系統（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。
例如用于解鎖和起動汽車的汽車遙控鑰匙。車主使用此功能是為了方便，但它會耗盡汽車電池。如果將遙控鑰匙靠近車輛或放在車內，發射器和接收器會持續通信，對車輛進行 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、人機界面 (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 和其他子系統實現無縫協同工作。這些半導體還需要滿足汽車行業制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并且已經通過 IATF 和 IEC 認證測試的產品，有助于確保您的 RF 系統長期穩定地工作。
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，從而優化系統效率并減少熱量。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 性能不佳會影響整個汽車系統的電流消耗，并增加系統處理器的工作負荷。而處理器高負荷工作反過來會導致發熱，系統性能降低，并消耗車輛電池電量。
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