汽車 RF 前端主要設(shè)計技巧請收藏

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】汽車RF前端主要設(shè)計技巧請收藏使用高度線性的有源或前端設(shè)備。

使用能夠盡量減少RFFE中的插入損耗和減少總RF鏈路預(yù)算的組件。

關(guān)注RFFE的效率、電流消耗和功耗。

使用高性能RF濾波器，以盡量減少插入損耗、溫度漂移和干擾。

考慮使用在單個封裝中整合傳輸、接收和過濾功能的組件。

使用符合IATF和IEC行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車應(yīng)用級產(chǎn)品。

下面我們更深入地探討RF共存、集成、天線設(shè)計、熱管理、電池使用壽命和汽車可靠性的設(shè)計考量。

解決RF共存問題

需要流傳輸視頻的用戶希望在汽車中提供快速、可靠的服務(wù)，而在車輛內(nèi)部通過網(wǎng)絡(luò)開展流傳輸正迅速成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。因此，在維護(hù)流媒體服務(wù)時，務(wù)必限度地減少共存問題并降低線路損耗。

但是，限度地支持無線頻段和標(biāo)準(zhǔn)之間的共存是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。如果未采用適當(dāng)?shù)臑V波配置，在以下頻率可能會增加共存問題：

2.4GHz:

Wi-Fi和蜂窩通信，如LTE頻段41

Wi-Fi和藍(lán)牙

SDARS（衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播服務(wù)）和LTE

5GHz:

Wi-Fi和V2X（802.11p和C-V2X）

V2X和U-NII（未經(jīng)許可的國家信息根底設(shè)施）頻段，具體為U-NII-3從2.4GHz和5GHz頻譜圖中可看到，在車聯(lián)網(wǎng)中使用無線技術(shù)的帶寬是多么擁擠。

那么，緩解這些共存問題的方法是什么？一些做法是在設(shè)計中使用高性能RF濾波器和高線性度有源器件。

濾波器可以減少無線電信號之間的帶外干擾。

共存濾波器可以減輕傳輸信號可能存在的靈敏度降低現(xiàn)象。

如今的車輛通信支持天線和收發(fā)器之間的許多傳輸和接收路徑，而隔離這些路徑需要使用濾波器。這些濾波器必須：

隔離共存頻段。

具有較低的插入損耗，以盡量減少傳輸功耗。

優(yōu)化接收器靈敏度。

集成至關(guān)重要

移動電話行業(yè)已經(jīng)從分立元件向高度集成的系統(tǒng)模塊過渡。隨著汽車中整合更多連接性，汽車制造商也必須隨之相應(yīng)轉(zhuǎn)變。將更多的功能集成到前端模塊(FEM)或?yàn)V波器模塊中有助于簡化RF設(shè)計，如下一個框圖所示。

汽車工程師過去只關(guān)注GPS和藍(lán)牙，但現(xiàn)在必須針對C-V2X等新無線標(biāo)準(zhǔn)，以及未來的5G新無線電(NR)開展設(shè)計。設(shè)計人員必須學(xué)習(xí)以下框圖中所示的所有技術(shù)，同時將其融入汽車設(shè)計中。很有可能是使用移動電話技術(shù)作為跳板。

Qorvo工程師創(chuàng)立的RFFusion?可幫助我們的客戶利用集成解決方案，有效地降低設(shè)計復(fù)雜性，并縮短上市時間。其中許多復(fù)雜模塊包括嵌入式濾波器，進(jìn)一步降低了RF復(fù)雜度和總鏈路預(yù)算。

天線和RFFE

想象一下將鯊魚鰭天線連接到電纜，然后連接到汽車其他地方（通常在儀表盤中）的低噪聲放大器(LNA)。雖然在傳統(tǒng)車輛制造中使用電纜是很常見的做法，但長距離布線會導(dǎo)致天線和RFFE之間產(chǎn)生插入損耗（增加鏈路預(yù)算）。這也會增加LNA輸入端的噪聲系數(shù)(Nf)，特別是在蜂窩和Wi-Fi場景中，并降低信號和接收器的靈敏度。如果天線能接收到較低的功率電平，其靈敏度就會提高。

防止這種情況的一種方式是將鯊魚鰭模塊中的天線和RFFE組件安裝在車頂，盡可能靠近信號輸入，并設(shè)在任何布線之前。通過靠近天線集成RFFE，可以限度地減少NF并提高信號性能，而保持低NF也有助于提高接收器靈敏度。

此方法也可用于改良天線的傳輸功能。減少布線并將功率放大器(PA)置于接近天線的位置將有助于減少插入損耗和功耗。如果在發(fā)送信號之前，傳輸端需要更多的電源，也可以使用鯊魚鰭模塊中的補(bǔ)償器放大信號，并補(bǔ)償電纜長度造成的損耗和鏈路預(yù)算。

熱管理

在汽車應(yīng)用中，關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)之一是車內(nèi)和外部環(huán)境中的熱管理。汽車產(chǎn)品會發(fā)熱，這種溫度升高現(xiàn)象會影響系統(tǒng)級RF調(diào)諧和性能。

所有無線連接和電子器件仍處在較小的汽車空間內(nèi)。有限的區(qū)域內(nèi)輻射熱量會增加。發(fā)熱也會影響汽車的可靠性，從而影響汽車的安全性能。

若要緩解發(fā)熱問題，需要注意以下關(guān)鍵參數(shù)：

RFFE效率

電流消耗

功耗

設(shè)計人員可以使用一些傳導(dǎo)和對流冷卻的散熱方法，但這些在汽車中的作用有限。而小尺寸的產(chǎn)品外形使這一熱挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜。以下技術(shù)有助于解決與熱有關(guān)的RF問題：

使用組件制造商提供的PC板布局文件和評估板。您獲取并使用制造商的設(shè)計，因?yàn)樗麄兊牟季纸?jīng)過了散熱和熱效率優(yōu)化。

使用隨溫度條件變化或沒有變化的RF濾波器。如下列圖所示，由于溫度變化，濾波器向左或向右漂移。對于汽車系統(tǒng)，務(wù)必使用具有出色的溫度穩(wěn)定性、低插入損耗和高品質(zhì)因數(shù)的溫度補(bǔ)償濾波器，如Qorvo的BAW技術(shù)產(chǎn)品，幫助解決與熱相關(guān)的問題（以及共存）。BAW技術(shù)的溫度穩(wěn)定性比SAW平均高50%。

使用高線性度前端產(chǎn)品。通過使用高線性度前端產(chǎn)品可提高PA效率，從而優(yōu)化系統(tǒng)效率并減少熱量。在RFFE中保持插入損耗至關(guān)重要，特別是在運(yùn)行發(fā)熱時。RFFE性能不佳會影響整個汽車系統(tǒng)的電流消耗，并增加系統(tǒng)處理器的工作負(fù)荷。而處理器高負(fù)荷工作反過來會導(dǎo)致發(fā)熱，系統(tǒng)性能降低，并消耗車輛電池電量。

電池使用壽命

20**年，J.D.Power汽車可靠性研究指出，電池故障首次成為車主面臨的十大問題之一。據(jù)其研究結(jié)果顯示，電池是更換頻繁的部件，與正常磨損無關(guān)。在使用了3年的汽車中，更換電池的比例為6.1%，比20**年增加了1.3%。他們發(fā)現(xiàn)，許多復(fù)雜的新型車載電子系統(tǒng)（如信息娛樂、智能手機(jī)連接、語音識別和無鑰門禁）消耗的電流增加，使電池使用壽命縮短。

例如用于解鎖和起動汽車的汽車遙控鑰匙。車主使用此功能是為了方便，但它會耗盡汽車電池。如果將遙控鑰匙靠近車輛或放在車內(nèi)，發(fā)射器和接收器會持續(xù)通信，對車輛開展ping操作。測試說明，將