Algunos automóviles ya cuentan con sistemas que pueden identificar automáticamente las señales de tráfico o detectar cuando el automóvil se está saliendo de su propio carril. Estas son características que, al menos por ahora, solo se pueden realizar utilizando sensores de video dentro y alrededor del vehículo.
Aunque el uso y la importancia de los datos de video están aumentando en el sector automotriz, todavía no existen estándares reconocidos a nivel mundial para definir cómo se deben compartir los datos de video alrededor de un vehículo. Aún queda en manos del fabricante elegir su solución preferida. Esto incluye estándares propietarios como APIX, GSML y FPD-Link, que admiten velocidades de 6 Gbit / s, 10 Gbit / sy 13 Gbit / s respectivamente. Además, también está aumentando el uso de Ethernet de grado automotriz con velocidades de hasta 1 Gbit / s.
A medida que aumente la demanda de ancho de banda y resolución, también aumentará la cantidad de enlaces de video utilizados en un vehículo promedio. La definición estándar, que hace poco tiempo era perfectamente buena para las cámaras de marcha atrás, será reemplazada por sensores de alta definición y alta velocidad de fotogramas que admiten la captura de imágenes de alta resolución a altas velocidades de viaje.
Desde el punto de vista del diseño, el diseño de enlaces de video de alta velocidad debe considerar cómo mantener la integridad de la señal necesaria en un entorno tan hostil. Cada componente agregado a la ruta de datos de video introducirá pérdidas, esto influirá en la elección del cable coaxial utilizado, la calidad de los conectores y cómo se enruta la señal a la interfaz física del enlace (PHY). Mantener la integridad de la señal es primordial, pero esto debe equilibrarse con la adición de niveles adecuados de protección contra posibles impulsos ESD y condiciones de falla, como un cortocircuito.circuito al riel de la batería. La interfaz también debe soportar voltajes transitorios de hasta 10 kV. El impacto de la capacitancia de inserción asociada con los dispositivos de protección utilizados debe considerarse cuidadosamente para brindar protección sin afectar la integridad de la señal. Se pueden encontrar más detalles en este documento técnico:
Nexperia_Whitepaper_ESD_Protection_for_Automotive_High-Speed_Video_Links.pdf
Como ejemplo, la recomendación solía ser colocar los dispositivos ESD lo más cerca posible de la PHY para proteger el IC. Este consejo ha cambiado desde entonces y la posición preferida para la protección ESD ahora es colocar la protección lo más cerca posible del conector. Por lo general, esto significará que el dispositivo ESD ahora está en el lado del conector de los capacitores de bloqueo de CC, como se muestra en la Figura 1. Si se usa un estrangulador de modo común (CMC) opcional, esto también significa mover el dispositivo ESD desde el lado PHY al lado del conector de la CMC.
Figura 1 Opciones para la colocación de ESD (como se suministra en PPT)
Entonces, ¿por qué el cambio de enfoque? Bueno, mirando la posición original, junto al PHY, está claro que el dispositivo ESD está destinado a proteger los circuitos electrónicos sensibles del PHY. Pero para hacer eso, la descarga electrostática tendría que pasar a través de los condensadores de bloqueo de CC y la CMC. Las pérdidas de inserción asociadas con la protección ESD pueden ser mínimas en esta posición, pero claramente deja desprotegidos otros componentes y partes del circuito.
Desde el punto de vista técnico, la mejor posición para la protección ESD es en realidad lo más cerca posible del conector. Aquí, el dispositivo ESD puede restringir el pulso ESD a tierra mientras aún está físicamente distanciado de los circuitos y especialmente del PHY en sí. Esta es la razón por la que algunas de las especificaciones en el sector de la automoción, como las propuestas por el Open Alliance Special Interest Group (SIG), ahora recomiendan que la protección ESD esté más cerca del punto en el que el pulso ESD ingresa a la PCB. La intención es proporcionar protección ESD basada en las necesidades del sistema, en lugar de un componente específico. La Figura 2 muestra cómo ha cambiado la posición del dispositivo ESD.
Figura 2: La posición física del dispositivo de protección ESD se ha acercado al conector (suministrado en PPT)
Mover el dispositivo ESD más cerca del conector proporciona potencialmente protección para una mayor parte del circuito, sin embargo, tiene otras implicaciones debido a su proximidad a los terminales del conector. Estas implicaciones darán forma a las elecciones de diseño que tomen los ingenieros automotrices que implementen interfaces de alta velocidad, como conexiones de video. Estas opciones se relacionarán con la capacitancia introducida por el dispositivo ESD y cómo esto puede afectar los tiempos de subida / bajada de las señales digitales presentes.
Además, debido a que el dispositivo de protección ESD ahora está más cerca del "mundo exterior", estará expuesto a diferentes amenazas. Esto incluye una falla potencial en el cable que podría provocar un cortocircuito entre una señal y un riel de suministro. En un entorno automotriz, esto significa que el dispositivo ESD debe poder soportar un corto de al menos 12 V en sus terminales sin fallar. Si el dispositivo ESD se colocó detrás de los condensadores de bloqueo CMC y DC, este requisito ya no es válido. La Figura 1 incluye una selección de dispositivos que podrían usarse en cualquiera de las dos posiciones, destacando los diferentes voltajes de separación inversa, (VRWM).
En el diseño de automóviles, la importancia de la simulación durante la fase de concepto de un proyecto se está volviendo esencial. Nexperia comprende esto y es compatible tanto con la simulación del evento ESD como con la simulación SI. La evaluación del dispositivo de protección ESD se puede realizar utilizando modelos SEED (System Efficient ESD Design).
La simulación mediante la metodología SEED considera la interfaz junto con el resto del circuito. Los modelos se basan en un circuito equivalente para representar el PHY, el CMC y los condensadores de bloqueo. Se puede modelar el comportamiento estático y dinámico de la protección ESD. Mediante el uso de simulaciones y modelos de SEED, los ingenieros de diseño pueden probar sus opciones de diseño de circuitos ESD y utilizar los resultados para ayudarlos a elegir el dispositivo de protección ESD adecuado, incluso en la fase de concepto. Nexperia ha utilizado este enfoque para caracterizar sus dispositivos de protección ESD y analizar cómo funcionan frente a las corrientes iniciales y residuales inducidas por una descarga electrostática controlada. Nexperia también proporciona datos de parámetros S para todos sus dispositivos de protección ESD, incluidos los utilizados para interfaces de alta velocidad y especialmente enlaces de video. Los ingenieros de diseño pueden utilizar los parámetros S en la simulación SI de su sistema individual.
Para obtener más información sobre cómo se utilizan los modelos y la simulación de SEED en la protección y el SI de las interfaces automotrices de alta velocidad, consulte este recurso útil.
Para obtener más información sobre los productos Nexperia ESD para la industria automotriz, visite: https://www.nexperia.com/applications/automotive/multimedia-bus-protection.html