Sommige auto's zijn al uitgerust met systemen die automatisch verkeersborden kunnen herkennen of detecteren wanneer de auto buiten zijn eigen rijstrook rijdt. Dit zijn functies die, althans voorlopig, alleen kunnen worden gerealiseerd met behulp van videosensoren in en rond het voertuig zelf.
Hoewel het gebruik en het belang van videogegevens in de automobielsector toenemen, zijn er nog steeds geen wereldwijd erkende normen om te bepalen hoe de videogegevens rond een voertuig moeten worden gedeeld. Het wordt nog steeds aan de fabrikant overgelaten om hun voorkeursoplossing te kiezen. Dit omvat eigen standaarden zoals APIX, GSML en FPD-Link, die respectievelijk snelheden van 6 Gbit/s, 10 Gbit/s en 13 Gbit/s ondersteunen. Daarnaast neemt ook het gebruik van automotive-grade Ethernet met snelheden tot 1 Gbit/s toe.
Naarmate de vraag naar bandbreedte en resolutie toeneemt, zal ook het aantal videolinks dat in een gemiddeld voertuig wordt gebruikt toenemen. Standaarddefinitie, die nog maar kort geleden perfect geschikt was voor achteruitrijcamera's, zal worden vervangen door sensoren met hoge resolutie en hoge framerate die het vastleggen van beelden met hoge resolutie bij hoge reissnelheden ondersteunen.
Vanuit een ontwerpaspect moet bij het ontwerp van hogesnelheidsvideolinks worden overwogen hoe de signaalintegriteit die nodig is in zo'n zware omgeving kan worden behouden. Elke component die aan het videodatapad wordt toegevoegd, veroorzaakt verliezen, dit heeft invloed op de keuze van de gebruikte coaxkabel, de kwaliteit van de connectoren en hoe het signaal naar de fysieke interface van de link (PHY) wordt geleid. Het handhaven van de signaalintegriteit is van het grootste belang, maar dit moet worden afgewogen met het toevoegen van geschikte beschermingsniveaus tegen mogelijke ESD-pulsen en foutcondities, zoals een kortsluiting.circuit naar de accurail. De interface moet ook bestand zijn tegen transiënte spanningen tot 10 kV. De impact van de invoegcapaciteit die is gekoppeld aan de gebruikte beveiligingsapparatuur, moet zorgvuldig worden overwogen om bescherming te bieden zonder de signaalintegriteit te beïnvloeden. Meer details vindt u in deze whitepaper:
Nexperia_Whitepaper_ESD_Protection_for_Automotive_High-Speed_Video_Links.pdf
Zo was vroeger de aanbeveling om ESD-apparaten zo dicht mogelijk bij de PHY te plaatsen, ter bescherming van de IC. Dit advies is inmiddels veranderd en de voorkeurspositie voor ESD-bescherming is nu om de bescherming zo dicht mogelijk bij de connector te plaatsen. Dit betekent meestal dat het ESD-apparaat zich nu aan de connectorzijde van de DC-blokkerende condensatoren bevindt, zoals weergegeven in afbeelding 1. Als een optionele common-mode choke (CMC) wordt gebruikt, betekent dit ook dat het ESD-apparaat van de PHY-zijde moet worden verplaatst aan de connectorzijde van de CMC.
Figuur 1 Opties voor ESD plaatsing (zoals geleverd in PPT)
Dus, waarom de verandering van aanpak? Welnu, kijkend naar de oorspronkelijke positie, naast de PHY, is het duidelijk dat het ESD-apparaat bedoeld is om de gevoelige elektronische schakelingen van de PHY te beschermen. Maar om dat te doen, zou de elektrostatische schok door de DC-blokkerende condensatoren en de CMC moeten gaan. De invoegverliezen die gepaard gaan met de ESD-bescherming kunnen in deze positie minimaal zijn, maar het laat duidelijk andere componenten en delen van het circuit onbeschermd.
Technisch gezien is de beste positie voor de ESD-bescherming eigenlijk zo dicht mogelijk bij de connector. Hier kan het ESD-apparaat de ESD-puls naar aarde afklemmen terwijl het fysiek nog steeds op afstand is van het circuit en vooral de PHY zelf. Dit is de reden waarom sommige specificaties in de automobielsector, zoals die voorgesteld door de Open Alliance Special Interest Group (SIG), nu aanbevelen dat de ESD-bescherming dichter bij het punt ligt waarop de ESD-puls de PCB binnenkomt. De bedoeling is om ESD-bescherming te bieden op basis van de behoeften van het systeem, in plaats van één specifiek onderdeel. Figuur 2 laat zien hoe de positie van het ESD-apparaat is veranderd.
Afbeelding 2: De fysieke positie van het ESD-beveiligingsapparaat is dichter bij de connector gekomen (meegeleverd in PPT)
Door het ESD-apparaat dichter bij de connector te plaatsen, wordt mogelijk een groter deel van het circuit beschermd, maar het heeft andere implicaties vanwege de nabijheid van de aansluitingen van de connector. Deze implicaties zullen de ontwerpkeuzes bepalen die worden gemaakt door auto-ingenieurs die snelle interfaces implementeren, zoals videoverbindingen. Deze keuzes hebben betrekking op de capaciteit die door het ESD-apparaat wordt geïntroduceerd en hoe dit de stijg-/daaltijden van de aanwezige digitale signalen kan beïnvloeden.
Omdat het ESD-beveiligingsapparaat nu dichter bij de 'buitenwereld' staat, zal het worden blootgesteld aan verschillende bedreigingen. Dit omvat een mogelijke fout in de kabel die kan leiden tot een kortsluiting tussen een signaal en een voedingsrail. In een auto-omgeving betekent dit dat het ESD-apparaat zonder storing een kortsluiting van ten minste 12 V over de klemmen moet kunnen weerstaan. Als het ESD-apparaat achter de CMC- en DC-blokkeercondensatoren was geplaatst, is deze vereiste niet meer geldig. Afbeelding 1 bevat een selectie van apparaten die in een van de twee posities kunnen worden gebruikt, waarbij de verschillende omgekeerde standoff-spanning wordt benadrukt (VRWM).
Bij autodesign wordt het belang van simulatie tijdens de conceptfase van een project essentieel. Nexperia begrijpt dit en ondersteunt zowel de simulatie van de ESD-gebeurtenis zelf als ook SI-simulatie. De evaluatie van het ESD-beveiligingsapparaat kan worden gedaan met behulp van SEED-modellen (System Efficient ESD Design).
Simulatie met behulp van de SEED-methodologie beschouwt de interface samen met de rest van het circuit. Modellen zijn gebaseerd op een equivalent circuit om de PHY, CMC en blokkeercondensatoren weer te geven. Zowel statisch als dynamisch gedrag van de ESD-beveiliging kan worden gemodelleerd. Met behulp van SEED-simulaties en modellen kunnen de ontwerpingenieurs hun ontwerpkeuzes voor ESD-circuits testen en de resultaten gebruiken om hen te helpen bij het kiezen van het juiste ESD-beveiligingsapparaat, zelfs in de conceptfase. Nexperia heeft deze benadering gebruikt om haar ESD-beveiligingsapparaten te karakteriseren en te analyseren hoe ze presteren tegen begin- en reststromen veroorzaakt door een gecontroleerde elektrostatische ontlading. Nexperia biedt ook S-parametergegevens voor al zijn ESD-beveiligingsapparaten, inclusief apparaten die worden gebruikt voor High-Speed-interfaces en met name videolinks. De S-parameters kunnen door ontwerpingenieurs worden gebruikt in de SI-simulatie van hun individuele systeem.
Bekijk deze nuttige bron voor meer informatie over hoe SEED-modellen en -simulatie worden gebruikt bij de bescherming en SI van snelle auto-interfaces.
Ga voor meer informatie over Nexperia ESD-producten voor de auto-industrie naar: https://www.nexperia.com/applications/automotive/multimedia-bus-protection.html