【導(dǎo)讀】面對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，工程師們一直在努力尋求最簡(jiǎn)單的解決方案，汽車應(yīng)用領(lǐng)域的 eCall 設(shè)計(jì)也不例外。在本博客文章中，我們將回顧系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員如何進(jìn)行汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，以及新型 eCall 解決方案如何優(yōu)化整個(gè)平臺(tái)。我們還將分享一些射頻設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)和集成解決方案，幫助應(yīng)對(duì) eCall 應(yīng)用中一些嚴(yán)苛的產(chǎn)品挑戰(zhàn)。
什么是 eCall？
e-Call 是歐洲的一種車輛緊急呼叫系統(tǒng)，可在交通事故中提供快速援助。其目標(biāo)是保障生命安全、減輕傷害以及減少財(cái)產(chǎn)損失。以下是它的工作原理：當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，它會(huì)通過車輛的傳感器自動(dòng)激活緊急呼叫或 eCall。然后，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打電話給歐洲急救服務(wù)112呼叫中心。將會(huì)有一條電話線接通急救中心，通過全球定位系統(tǒng)發(fā)送事故確切位置的詳細(xì)信息。接下來，緊急調(diào)度中心會(huì)向該地點(diǎn)提供適當(dāng)?shù)脑?/p>
自 2018 年起，在歐盟銷售的所有汽車和貨車都必須安裝 eCall 系統(tǒng)。其基本理念就是縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，以減少傷亡等事故。據(jù) Thales Group 稱，該系統(tǒng)在城市地區(qū)的響應(yīng)時(shí)間可縮短 40%，在郊區(qū)可縮短 50%。此外，它還可以將事故死亡人數(shù)減少至少 4%，重傷人數(shù)減少 6%。
從可靠性角度來看，eCall 系統(tǒng)必須具有靈活性，因?yàn)楫?dāng)事故發(fā)生時(shí)，電池的電源線可能會(huì)被切斷，電子設(shè)備可能會(huì)斷開連接或損壞。因此，需要小型電池之類的備用電源，以便 eCall 系統(tǒng)能夠在惡劣環(huán)境條件下有效運(yùn)行。
傳統(tǒng)的緊急呼叫方法
傳統(tǒng)的 eCall 系統(tǒng)有多個(gè)開關(guān)，以便向多個(gè)天線提供射頻路徑。這些開關(guān)需要匹配和電源電路才能運(yùn)行，這意味著設(shè)計(jì)可能會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，其外形尺寸可能會(huì)很大，且射頻損耗范圍可能比較廣泛。此外，對(duì)于多天線布局，在配置開關(guān)陣列的同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性可能會(huì)比較復(fù)雜。
以下是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法面臨的一些挑戰(zhàn)：
● FR4-PC 板材料要求精心匹配，從而會(huì)增加插入損耗，降低性能。.
● 額外的匹配和電源電路會(huì)提高系統(tǒng)的散熱溫度，從而限制系統(tǒng)的整體性能。
● 當(dāng)針對(duì)不同的天線配置來配置開關(guān)陣列時(shí)，設(shè)計(jì)靈活性就會(huì)受到限制。
● 與非雙卡雙通 (DSDA) 相比，在實(shí)現(xiàn)更高端設(shè)計(jì)模型的通用布局方面，DSDA 的能力比較有限。
深入了解
1. Connected Car For Dummies 電子書
https://cn.qorvo.com/design-hub/ebooks/connected-car-for-dummies
2. 超寬帶：增強(qiáng)互聯(lián)汽車的定位、安全和安保
https://www.microwavejournal.com/articles/36726-uwb-enhancing-positioning-safety-and-security-for-connected-vehicles
下圖 1 為使用分立式開關(guān)的傳統(tǒng) eCall 設(shè)計(jì)。圖中有多條射頻路徑，這意味著系統(tǒng)工程師必須精心地匹配每一條路徑，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，圖 1 還展示了此類系統(tǒng)的復(fù)雜性，因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)都需要針對(duì)每條路徑進(jìn)行多個(gè)數(shù)字 GPIO 控制（GPIO - 通用輸入/輸出）。這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要對(duì)分頻器的 PC 板進(jìn)行精心設(shè)計(jì)或增設(shè)外部分頻器，以滿足適當(dāng)?shù)牟季趾透偷纳漕l損耗需求。
圖 1：傳統(tǒng) eCall 開關(guān)架構(gòu)示例
通過集成應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)
通過在一些射頻路徑上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單集成，可輕松地解決復(fù)雜性問題。雖然這種方法明顯減少了一些復(fù)雜性、路徑損耗和匹配挑戰(zhàn)，但對(duì)您的設(shè)計(jì)改進(jìn)沒有多大的幫助。如圖 2 中所示，集成一些開關(guān)確實(shí)有助于減少匹配，無需使用許多 GPIO 控制，用更少的 MIPI（MIPI — 移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口）控制來代替，并減少開關(guān)的數(shù)量。這種方法還可以節(jié)省成本，盡管與完全集成的方法相比，實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)省非常少。
圖 2：具有一定集成度的 eCall 開關(guān)架構(gòu)示例。
如圖 3 和 4 中所示，采用完全集成的方法可實(shí)現(xiàn)圖 2 所示集成無法實(shí)現(xiàn)的更多改進(jìn)。圖 3 采用 DSDA 開關(guān)選項(xiàng)架構(gòu)，減少了前端匹配和射頻損耗，使用一個(gè) RFFE MIPI 控制，將所有分頻器集成在一個(gè)封裝內(nèi)，并減少了材料成本和設(shè)計(jì)時(shí)間。
圖 3：完全集成的 eCall 開關(guān)架構(gòu)示例 — 使用引腳兼容的可選 DSDA (QPC1252Q)。
圖 4 所示設(shè)計(jì)與圖 3 類似，但未集成 DSDA 開關(guān)選項(xiàng)架構(gòu)。然而，它仍需要少量的射頻前端匹配，以提供圖 3 中所示的所有優(yōu)勢(shì)。
圖 4：完全集成的 eCall 開關(guān)架構(gòu)示例 — 使用非 DSDA (QPC1251Q) 路由開關(guān)。
Qorvo 擴(kuò)大汽車 eCall 解決方案組合，以改善緊急通信
Qorvo 面向緊急呼叫 (eCall) 的高性能寬帶天線開關(guān)有助于確保在事故發(fā)生后與救生服務(wù)保持連接。利用這些開關(guān)，車輛的主蜂窩信號(hào)能夠自動(dòng)中繼（或熱切換）至未受損的汽車天線，以尋求幫助。
Qorvo 汽車系列產(chǎn)品新增了 QPC1220Q 高線性度寬帶雙刀四擲 (DP4T) 天線路由開關(guān)，它的工作范圍完全符合 AEC-Q100 2 級(jí)汽車認(rèn)證要求。它具有高達(dá) +34 dBm 的熱切換能力，非常適用于所有遠(yuǎn)程通信控制單元 (TCU) eCall 和天線路由配置。此外，它還可以減少高達(dá) 1 dB 的插入損耗，從而盡可能提高傳遞到外部 eCall 天線陣列的有效功率，即使在信號(hào)覆蓋受限的區(qū)域，也可以實(shí)現(xiàn)更好的蜂窩和 5G 連接。
緊湊型設(shè)計(jì)可節(jié)省高達(dá) 35% 的電路板空間，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要四個(gè)或以上的分立式開關(guān)，進(jìn)行相關(guān)匹配以及耗費(fèi)數(shù)月工程資源。這可簡(jiǎn)化并加快多模、多頻段系統(tǒng)的電路板設(shè)計(jì)。
在 eCall 解決方案中使用完全集成的 QPC1251Q 和 QPC1252Q 可進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，只需一個(gè)芯片即可代替 5 個(gè)獨(dú)立開關(guān)完成相關(guān)工作。這種設(shè)計(jì)方法可用于 4G 和 5G 芯片組，無需使用多個(gè)開關(guān)，降低了系統(tǒng)總功耗，同時(shí)允許汽車制造商連接主天線和輔助天線。在 DSDA 或非 DSDA 解決方案中使用這兩種高度集成組件的好處包括：
● 靈活的單組件解決方案
● 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的解決方案，支持復(fù)雜的 eCall 天線路由
● 無需使用多個(gè)開關(guān)，也無需在 TCU 模塊上進(jìn)行射頻匹配
● 可實(shí)現(xiàn)靈活的開關(guān)控制
● 提供出色的插入損耗和隔離性能
● 高線性度和低功耗
● 適用于 5G 應(yīng)用（高達(dá) 6 GHz）的寬帶解決方案
● 集成式分頻器，無需使用外部 PC 板或分立式分頻器
● 完全符合 AEC-100 2 級(jí)認(rèn)證要求的解決方案
從電子角度來說，我們的汽車越來越復(fù)雜，基本上成為一種新型移動(dòng)設(shè)備。隨著射頻連接基礎(chǔ)設(shè)施日益普及，我們的汽車將更加安全，彼此之間以及與我們現(xiàn)有無線生態(tài)系統(tǒng)之間的連接也更加緊密。天線電子設(shè)備的集成將有助于加快實(shí)現(xiàn)這種移動(dòng)連接。Qorvo 等半導(dǎo)體公司正努力與汽車制造商和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)合作，以提供高度集成的解決方案，幫助汽車系統(tǒng)工程師滿足新一代設(shè)計(jì)的需求。利用集成式 eCall 開關(guān)系統(tǒng)解決方案，我們將繼續(xù)與客戶合作，滿足其復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求，幫助客戶打造高品質(zhì)汽車。
1. Thales Group
https://www.thalesgroup.com/en/markets/digital-identity-and-security/iot/inspired/ecall
2. QPC1251Q
https://cn.qorvo.com/products/p/QPC1251Q
3. QPC1252Q
https://cn.qorvo.com/products/p/QPC1252Q
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