Einige Autos verfügen bereits über Systeme, die automatisch Verkehrszeichen erkennen oder erkennen, wenn das Auto außerhalb der eigenen Fahrspur abdriftet. Funktionen, die zumindest vorerst nur über Videosensoren im und um das Fahrzeug selbst realisiert werden können.
Auch wenn die Verwendung und Bedeutung von Videodaten im Automobilbereich zunimmt, gibt es noch keine weltweit anerkannten Standards, um zu definieren, wie die Videodaten im Fahrzeug geteilt werden sollen. Es bleibt dem Hersteller überlassen, seine bevorzugte Lösung zu wählen. Dazu gehören proprietäre Standards wie APIX, GSML und FPD-Link, die Geschwindigkeiten von 6 Gbit/s, 10 Gbit/s bzw. 13 Gbit/s unterstützen. Darüber hinaus nimmt auch der Einsatz von Automotive-Grade-Ethernet mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s zu.
Mit steigendem Bedarf an Bandbreite und Auflösung wird auch die Anzahl der in einem durchschnittlichen Fahrzeug verwendeten Videoverbindungen zunehmen. Standardauflösung, die noch vor kurzem für Rückfahrkameras perfekt war, wird durch hochauflösende Sensoren mit hoher Bildrate ersetzt, die hochauflösende Bilderfassung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten unterstützen.
Aus Designaspekten muss beim Design von Hochgeschwindigkeits-Videoverbindungen berücksichtigt werden, wie die in einer so rauen Umgebung erforderliche Signalintegrität aufrechterhalten werden kann. Jede dem Videodatenpfad hinzugefügte Komponente führt zu Verlusten. Dies beeinflusst die Wahl des verwendeten Koaxialkabels, die Qualität der Anschlüsse und die Art und Weise, wie das Signal an die physische Schnittstelle (PHY) der Verbindung geleitet wird. Die Aufrechterhaltung der Signalintegrität ist von größter Bedeutung, aber dies muss durch das Hinzufügen geeigneter Schutzstufen gegen potenzielle ESD-Impulse und Fehlerbedingungen, wie z.Schaltung zur Batterieschiene. Die Schnittstelle muss auch transienten Spannungen von bis zu 10 kV standhalten. Die Auswirkungen der Einfügekapazität in Verbindung mit den verwendeten Schutzvorrichtungen müssen sorgfältig berücksichtigt werden, um Schutz zu bieten, ohne die Signalintegrität zu beeinträchtigen. Weitere Details finden Sie in diesem Whitepaper:
Nexperia_Whitepaper_ESD_Protection_for_Automotive_High-Speed_Video_Links.pdf
Als Beispiel wurde früher empfohlen, ESD-Geräte so nah wie möglich am PHY zu platzieren, um den IC zu schützen. Dieser Rat hat sich inzwischen geändert und die bevorzugte Position für den ESD-Schutz besteht nun darin, den Schutz so nah wie möglich am Stecker zu platzieren. Dies bedeutet normalerweise, dass sich das ESD-Gerät jetzt auf der Anschlussseite der DC-Blockkondensatoren befindet, wie in Abbildung 1 gezeigt. Wenn eine optionale Gleichtaktdrossel (CMC) verwendet wird, bedeutet dies auch, dass das ESD-Gerät von der PHY-Seite entfernt wird auf die Steckerseite des CMC.
Abbildung 1 Optionen für die ESD-Platzierung (wie in PPT geliefert)
Warum also die Änderung der Herangehensweise? Nun, wenn man sich die ursprüngliche Position neben dem PHY ansieht, ist klar, dass das ESD-Gerät die empfindliche elektronische Schaltung des PHY schützen soll. Um dies zu tun, müsste der elektrostatische Schock jedoch durch die DC-Blockkondensatoren und den CMC geleitet werden. Die mit dem ESD-Schutz verbundenen Einfügedämpfungen können in dieser Position minimal sein, aber andere Komponenten und Teile der Schaltung bleiben offensichtlich ungeschützt.
Aus technischer Sicht ist die beste Position für den ESD-Schutz eigentlich so nah wie möglich am Stecker. Hier kann das ESD-Gerät den ESD-Impuls auf Masse abklemmen, während es noch physisch von der Schaltung und insbesondere der PHY selbst entfernt ist. Aus diesem Grund empfehlen einige Spezifikationen im Automotive-Bereich, wie sie beispielsweise von der Open Alliance Special Interest Group (SIG) vorgeschlagen wurden, den ESD-Schutz näher am Eintrittspunkt des ESD-Pulses in die Leiterplatte anzuordnen. Die Absicht besteht darin, ESD-Schutz basierend auf den Anforderungen des Systems und nicht auf einer bestimmten Komponente bereitzustellen. Abbildung 2 zeigt, wie sich die Position des ESD-Geräts verändert hat.
Abbildung 2: Die physische Position des ESD-Schutzgeräts ist näher an den Stecker gerückt (Lieferung in PPT)
Wenn Sie das ESD-Gerät näher an den Steckverbinder rücken, bietet dies potenziell Schutz für einen größeren Teil des Stromkreises, hat jedoch aufgrund seiner Nähe zu den Anschlüssen des Steckverbinders andere Auswirkungen. Diese Auswirkungen werden die Designentscheidungen von Automobilingenieuren prägen, die Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie Videoverbindungen implementieren. Diese Auswahl bezieht sich auf die durch das ESD-Gerät eingeführte Kapazität und wie sich dies auf die Anstiegs-/Abfallzeiten der vorhandenen digitalen Signale auswirken kann.
Da sich das ESD-Schutzgerät nun näher an der „Außenwelt“ befindet, ist es außerdem verschiedenen Bedrohungen ausgesetzt. Dazu gehört ein möglicher Kabelfehler, der zu einem Kurzschluss zwischen einem Signal und einer Versorgungsschiene führen könnte. In einer Automobilumgebung bedeutet dies, dass das ESD-Gerät einem Kurzschluss von mindestens 12 V an seinen Anschlüssen fehlerfrei standhalten muss. Wenn das ESD-Gerät hinter den CMC- und DC-Blockkondensatoren platziert wurde, gilt diese Anforderung nicht mehr. Abbildung 1 enthält eine Auswahl von Geräten, die in einer der beiden Positionen verwendet werden können, und hebt die unterschiedliche Sperrspannung (VRWM).
Im Automobildesign wird die Bedeutung der Simulation während der Konzeptphase eines Projekts immer wichtiger. Nexperia versteht dies und unterstützt sowohl die Simulation des ESD-Ereignisses selbst als auch die SI-Simulation. Die Bewertung des ESD-Schutzgerätes kann anhand von SEED-Modellen (System Efficient ESD Design) erfolgen.
Die Simulation mit der SEED-Methodik berücksichtigt die Schnittstelle zusammen mit dem Rest der Schaltung. Die Modelle basieren auf einem Ersatzschaltbild zur Darstellung von PHY, CMC und Blockkondensatoren. Sowohl statisches als auch dynamisches Verhalten des ESD-Schutzes können modelliert werden. Mithilfe von SEED-Simulationen und -Modellen können die Konstrukteure ihre Designentscheidungen für ESD-Schaltungen testen und die Ergebnisse verwenden, um bereits in der Konzeptphase das richtige ESD-Schutzgerät auszuwählen. Nexperia hat diesen Ansatz verwendet, um seine ESD-Schutzgeräte zu charakterisieren und zu analysieren, wie sie sich gegen Anfangs- und Fehlerströme, die durch eine kontrollierte elektrostatische Entladung induzierten, verhalten. Nexperia stellt auch S-Parameter-Daten für alle seine ESD-Schutzgeräte bereit, einschließlich derer, die für Hochgeschwindigkeitsschnittstellen und insbesondere Videoverbindungen verwendet werden. Die S-Parameter können von Konstrukteuren in der SI-Simulation ihres individuellen Systems verwendet werden.
Um mehr darüber zu erfahren, wie SEED-Modelle und -Simulationen beim Schutz und SI von Hochgeschwindigkeits-Automobilschnittstellen verwendet werden, sehen Sie sich diese nützliche Ressource an.
Weitere Informationen zu ESD-Produkten von Nexperia für die Automobilindustrie finden Sie unter: https://www.nexperia.com/applications/automotive/multimedia-bus-protection.html