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5G NR V2X主導下車載資通訊系統的靜電保護方案

KOYUELEC光與電子 ? 來源:KOYUELEC光與電子 ? 作者:KOYUELEC光與電子 ? 2023-09-05 14:20 ? 次閱讀
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AMAZINGIC晶焱科技5G NR V2X主導下 車載資通訊系統的靜電保護方案由授權一級代理分銷商KOYUELEC光與電子 0755-82574660 82542001提供方案應用,歡迎硬件研發聯系,提供原廠技術支持應用。

車載資通訊系統是整個車聯網的連線終端,提供車內各式資訊、并擔任對外通訊的管道。 2020年,3GPP將5G NR V2X(5G New-Radio Vehicle to everything)納入標準后[1],其在車載資通訊系統中的采用率逐年提升,此創新技術具有低延遲時間、覆蓋范圍廣等特點,將主導未來車聯網的發展。 5G NR V2X的實施需要更多的天線來實現車聯網通訊,包括在車輛之間進行直接通訊(V2V)、與基礎交通設施連接(V2I)以及與行人進行通訊(V2P);5G NR V2X天線能夠即時地接收資訊,讓車輛馬上針對周遭路況做出反應,此優勢將大幅降低自動駕駛事故的發生率,達成真正的智慧交通。

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也不「智慧」了。 ESD可能導致天線模組被干擾、訊號衰減、通訊中斷或降低數據傳輸速率,甚至使天線模組完全故障,從而影響車聯網的安全性與效率。

天線本身是金屬材料制成,當然不太可能會被ESD打壞,但當ESD的能量過大時,可能會對「天線模組中的RFIC」造成影響。某些RFIC就對ESD相當敏感;應用在5G毫米波頻段之RFIC,會采用應用頻率較廣的GaAs場效電晶體(GaAs Field-Effect Transistor),比起以矽為原料做成的電晶體, GaAs場效電晶體對于ESD的耐受度較差[2]。由此可知RF制程IC相對于一般類比IC更容易遭受ESD能量的破壞,而在天線的RFIC部件當中,就屬收發器為最關鍵,若是被ESD損毀,可能造成電路功能異常,導致天線失效。

天線的靜電保護方案

為了使天線模組中的元件免于ESD破壞,晶焱科技開發了可以使用于5G天線的TVS(Transient Voltage Suppressor)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,在設計上須選擇恰當工作電壓之TVS,以確保接收器能接收到完整功率的訊號,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17 V/ 8 V/ 5 V,可依天線之發射功率來做工作電壓的挑選。另外應用于天線的TVS元件須為雙向,原因同上;(2)寄生電容:TVS的寄生電容會導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,同時也能減少造成阻抗不匹配、導致訊號失真的影響。

AZ9568-01F 通過AEC-Q101可靠度驗證,可放心使用在車載應用上。另外,其IEC 61000-4-2 ESD耐受度高達30 kV,于8 kV ESD下鉗制電壓為20 V,能在不影響天線運作的情況中提供最好的保護。

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

表一、天線的ESD保護元件列表。

在車聯網實施全面的靜電防護措施相當重要;車載資通訊系統身為車聯網中的關鍵角色,隨著自駕車技術興起,更是攸關安全性。天線模組為車載資通訊系統向外溝通的橋梁,本文記載天線模組的靜電保護解決方案,以提供車載資通訊系統關鍵部件更完善的防護。

審核編輯:湯梓紅

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