對(duì)于汽車(chē)同軸電纜供電 （PoC） 系統(tǒng)，需要強(qiáng)大的浪涌保護(hù)，以保護(hù)敏感電子設(shè)備免受車(chē)輛環(huán)境中存在的各種破壞性電壓瞬變的影響。保護(hù)系統(tǒng)必須解決來(lái)自車(chē)輛電池、靜電放電 （ESD） 事件和其他潛在電氣故障的危險(xiǎn)。

除了 PoC 模塊之外，還需要強(qiáng)大的浪涌保護(hù)來(lái)保護(hù)攝像頭和顯示器等連接設(shè)備。電壓浪涌通常根據(jù)浪涌電壓水平和浪涌長(zhǎng)度分為五類（圖 1）。

圖 1.五種常見(jiàn)電壓浪涌類型的比較。（圖片：松下)

1 汽車(chē)不一樣

汽車(chē)電氣系統(tǒng)可能特別嘈雜，從而創(chuàng)造出獨(dú)特的挑戰(zhàn)性浪涌環(huán)境。PoC 系統(tǒng)可能會(huì)受到汽車(chē)特定類型的浪涌的影響：

· 負(fù)載突降是一種高能量浪涌，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)汽車(chē)電池?cái)嚅_(kāi)時(shí)就會(huì)發(fā)生。

· 電磁閥和電機(jī)等大負(fù)載的感應(yīng)開(kāi)關(guān)可能會(huì)在整個(gè)電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生顯著的電壓尖峰。

· 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致電池電壓快速下降和隨后激增。

· 由人體 （HBM）、帶電元件 （CDM） 或帶電工具引起的 ESD 事件可能會(huì)引入高壓尖峰，從而損壞敏感的集成電路。

· 雷擊等外部事件不太常見(jiàn)，但仍需要保護(hù)裝置。

2 多層次方法

緩解這些眾多威脅需要多層方法和一套組件。與其他汽車(chē)電子產(chǎn)品一樣，用于浪涌保護(hù)的器件應(yīng)滿足 AEC-Q101 汽車(chē)可靠性標(biāo)準(zhǔn)的要求。

瞬態(tài)電壓抑制 （TVS） 二極管用于箝位高速浪涌并將能量分流到地。過(guò)壓保護(hù)IC可用于將SerDes中的低壓電路與電源線上的高壓尖峰隔離開(kāi)來(lái)。此外，還必須提供反向電池保護(hù)。

同軸電纜的兩端都需要浪涌保護(hù)。例如，可以安裝針對(duì) PoC 應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的在線電涌保護(hù)器，以保護(hù)電纜和設(shè)備免受浪涌的影響。

專用的 PoC 濾波器用于防止電源線上的任何浪涌干擾高頻數(shù)據(jù)傳輸，并將直流電源與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)分開(kāi)。 

3 PoC SerDes 噪聲耦合路徑

除了外部浪涌源外，PoC SerDes 設(shè)計(jì)中還有兩種常見(jiàn)的噪聲轉(zhuǎn)換路徑。路徑 （1） 是噪聲從電路板 GND 和電纜屏蔽層傳輸?shù)叫盘?hào)線。路徑（2）包括從路徑（1）到電源層的噪聲耦合和向電源電纜傳輸噪聲。

可以在信號(hào)和接地之間添加共模扼流圈 （CMC） 以解決路徑 （1） 上的噪聲，在電源線和接地線之間添加共模扼流圈 （CMC） 以解決路徑 （2） 上的噪聲（圖 2）。與不使用 CMC 相比，使用正確的 CMC，在 30 至 1,000 MHz 范圍內(nèi)的噪聲可以降低 20 dB 或更多。

圖 2.PoC 噪聲路徑 （1） 和 （2）（頂部）以及路徑 （2）（第 PLT5BPH5013R1SN 部分）和路徑 （1）（第 DLW21SH391XQ2 部分）的 CMC 放置（底部）。（圖片：村田)

4 添加珠子

電纜屏蔽和浪涌保護(hù)裝置仍然是滿足 PoC 系統(tǒng)浪涌保護(hù)需求的重要工具。但隨著工作頻率的不斷攀升，這些傳統(tǒng)解決方案可能變得不夠用。

例如，F(xiàn)PD-Link III 的運(yùn)行速度高達(dá) 4 Gbps，GMSL3 的運(yùn)行速度高達(dá) 12 Gbps。這些頻率需要更復(fù)雜的濾波和保護(hù)方案，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電感器可以開(kāi)始像電容器一樣運(yùn)行。

在PoC濾波器中，鐵氧體磁珠用作共模扼流圈，以抑制高頻噪聲。由軟鐵氧體材料制成的磁珠在滑過(guò)同軸電纜時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)濾波器，該濾波器對(duì)高頻噪聲具有高阻抗，但對(duì)直流電源和低頻信號(hào)具有低阻抗。

5 汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)

汽車(chē) PoC 系統(tǒng)的浪涌保護(hù)必須按照多項(xiàng)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋初始系統(tǒng)測(cè)試和定期性能檢查：

· ISO 7637-2 定義了模擬汽車(chē)配電系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)和耦合現(xiàn)象產(chǎn)生的傳導(dǎo)電瞬變的測(cè)試脈沖。

· ISO 16750-2 規(guī)定了電氣負(fù)載的測(cè)試，包括電源電壓性能、過(guò)壓和反向電壓條件。

· ISO 26262 要求定期檢查汽車(chē)系統(tǒng)中的潛在缺陷。PoC 系統(tǒng)應(yīng)包括自動(dòng)執(zhí)行這些定期檢查的能力。

6 總結(jié)

汽車(chē)電氣環(huán)境可能特別嘈雜，這使得浪涌保護(hù)成為 PoC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。有一些特定的組件可用于實(shí)現(xiàn) PoC 浪涌保護(hù)。PoC SerDes 組件包括實(shí)施浪涌保護(hù)時(shí)必須考慮的兩條路徑，并且解決方案必須滿足多個(gè) ISO 標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（本文登于《EEPW》202511期）