Alcune auto dispongono già di sistemi in grado di identificare automaticamente i segnali stradali o rilevare quando l'auto si allontana dalla propria corsia. Sono caratteristiche che, almeno per ora, possono essere realizzate solo utilizzando sensori video all'interno e intorno al veicolo stesso.
Anche se l'uso e l'importanza dei dati video sono in aumento nel settore automobilistico, non esistono ancora standard riconosciuti a livello mondiale per definire come i dati video dovrebbero essere condivisi intorno a un veicolo. Spetta ancora al produttore scegliere la soluzione preferita. Ciò include standard proprietari come APIX, GSML e FPD-Link, che supportano rispettivamente velocità di 6 Gbit/s, 10 Gbit/s e 13 Gbit/s. Inoltre, è in aumento anche l'uso di Ethernet di livello automobilistico con velocità fino a 1 Gbit/s.
Con l'aumento della richiesta di larghezza di banda e risoluzione, aumenterà anche il numero di collegamenti video utilizzati in un veicolo medio. La definizione standard, che solo poco tempo fa era perfetta per le telecamere di retromarcia, sarà sostituita con sensori ad alta definizione e framerate elevato che supportano l'acquisizione di immagini ad alta risoluzione a velocità di viaggio elevate.
Dal punto di vista del design, la progettazione di collegamenti video ad alta velocità deve considerare come mantenere l'integrità del segnale necessaria in un ambiente così difficile. Ogni componente aggiunto al percorso dati video introdurrà perdite, questo influenzerà la scelta del cavo coassiale utilizzato, la qualità dei connettori e il modo in cui il segnale viene instradato all'interfaccia fisica del collegamento (PHY). Il mantenimento dell'integrità del segnale è fondamentale, ma questo deve essere bilanciato con l'aggiunta di adeguati livelli di protezione contro potenziali impulsi ESD e condizioni di guasto, come un cortocircuitocircuito alla guida della batteria. L'interfaccia deve anche resistere a tensioni transitorie fino a 10 kV. L'impatto della capacità di inserzione associata ai dispositivi di protezione utilizzati deve essere considerato con attenzione al fine di fornire protezione senza compromettere l'integrità del segnale. Maggiori dettagli possono essere trovati in questo white paper:
Nexperia_Whitepaper_ESD_Protection_for_Automotive_High-Speed_Video_Links.pdf
Ad esempio, la raccomandazione era quella di posizionare i dispositivi ESD il più vicino possibile al PHY, per proteggere l'IC. Da allora questo consiglio è cambiato e la posizione preferita per la protezione ESD è ora quella di posizionare la protezione il più vicino possibile al connettore. Ciò significa che in genere il dispositivo ESD si trova ora sul lato connettore dei condensatori di blocco CC, come mostrato nella Figura 1. Se viene utilizzata un'induttanza di modo comune (CMC) opzionale, ciò significa anche spostare il dispositivo ESD dal lato PHY al lato connettore della CMC.
Figura 1 Opzioni per il posizionamento ESD (come fornito in PPT)
Allora, perché il cambio di approccio? Bene, guardando la posizione originale, accanto al PHY, è chiaro che il dispositivo ESD ha lo scopo di proteggere i circuiti elettronici sensibili del PHY. Ma per fare ciò, lo shock elettrostatico dovrebbe passare attraverso i condensatori di blocco CC e il CMC. Le perdite di inserzione associate alla protezione ESD possono essere minime in questa posizione, ma chiaramente lascia altri componenti e parti del circuito non protetti.
Dal punto di vista tecnico, la posizione migliore per la protezione ESD è effettivamente il più vicino possibile al connettore. Qui, il dispositivo ESD può bloccare l'impulso ESD a terra mentre è ancora fisicamente distanziato dal circuito e in particolare dal PHY stesso. Questo è il motivo per cui alcune specifiche nel settore automobilistico, come quelle proposte dall'Open Alliance Special Interest Group (SIG), ora raccomandano che la protezione ESD sia più vicina al punto in cui l'impulso ESD entra nel PCB. L'intenzione è quella di fornire una protezione ESD basata sulle esigenze del sistema, piuttosto che su un componente specifico. La Figura 2 mostra come è cambiata la posizione del dispositivo ESD.
Figura 2: La posizione fisica del dispositivo di protezione ESD si è avvicinata al connettore (fornito in PPT)
Lo spostamento del dispositivo ESD più vicino al connettore fornisce potenzialmente protezione per una parte maggiore del circuito, tuttavia ha altre implicazioni a causa della sua vicinanza ai terminali del connettore. Queste implicazioni modelleranno le scelte progettuali fatte dagli ingegneri automobilistici che implementano interfacce ad alta velocità, come le connessioni video. Queste scelte riguarderanno la capacità introdotta dal dispositivo ESD e come questa possa influenzare i tempi di salita/discesa dei segnali digitali presenti.
Inoltre, poiché il dispositivo di protezione ESD è ora più vicino al "mondo esterno", sarà esposto a diverse minacce. Ciò include un potenziale guasto sul cavo che potrebbe portare a un cortocircuito tra un segnale e una linea di alimentazione. In un ambiente automobilistico, ciò significa che il dispositivo ESD deve essere in grado di sopportare un cortocircuito di almeno 12 V attraverso i suoi terminali senza guasti. Se il dispositivo ESD è stato posizionato dietro i condensatori di blocco CMC e DC, questo requisito non è più valido. La figura 1 include una selezione di dispositivi che potrebbero essere utilizzati in una delle due posizioni, evidenziando la diversa tensione di stallo inversa, (VRWM).
Nella progettazione automobilistica, l'importanza della simulazione durante la fase di concept di un progetto sta diventando essenziale. Nexperia lo comprende e supporta sia la simulazione dell'evento ESD stesso che la simulazione SI. La valutazione del dispositivo di protezione ESD può essere effettuata utilizzando i modelli SEED (System Efficient ESD Design).
La simulazione con la metodologia SEED considera l'interfaccia insieme al resto del circuito. I modelli si basano su un circuito equivalente per rappresentare PHY, CMC e condensatori di blocco. È possibile modellare sia il comportamento statico che dinamico della protezione ESD. Utilizzando simulazioni e modelli SEED, i progettisti possono testare le scelte di progettazione dei circuiti ESD e utilizzare i risultati per aiutarli a scegliere il dispositivo di protezione ESD giusto, anche in fase di progettazione. Nexperia ha utilizzato questo approccio per caratterizzare i propri dispositivi di protezione ESD e analizzare come si comportano contro le correnti iniziali e residue indotte da una scarica elettrostatica controllata. Nexperia fornisce anche i dati dei parametri S per tutti i suoi dispositivi di protezione ESD, inclusi quelli utilizzati per le interfacce ad alta velocità e soprattutto per i collegamenti video. I parametri S possono essere utilizzati dai progettisti nella simulazione SI del loro sistema individuale.
Per saperne di più su come i modelli e la simulazione SEED vengono utilizzati nella protezione e nel SI delle interfacce automobilistiche ad alta velocità, consulta questa utile risorsa.
Per ulteriori informazioni sui prodotti Nexperia ESD per l'industria automobilistica, visitare: https://www.nexperia.com/applications/automotive/multimedia-bus-protection.html