隨著各種通信的引入，汽車內部的電子通信係統已經大幅增加。如圖 3-4 所示，汽車內部有多個 RF 前端 (RFFE) 鏈和天線
，例如 Wi-Fi
、蜂窩、藍牙等。此外
，圖 3-4 中標注的某些標準有一個或兩個以上的信號路徑。

 

 

其中很多 RF 鏈為新汽車係統智能做出了貢獻。

 

首先，這種係統智能收集來自傳感器、攝像頭、車載連接的數據，從而提供重要數據和服務。RF 元器件，例如放大器、開關、濾波器和(he)高(gao)度(du)集(ji)成(cheng)模(mo)塊(kuai)，為(wei)汽(qi)車(che)處(chu)理(li)和(he)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)添(tian)加(jia)了(le)重(zhong)要(yao)功(gong)能(neng)。隨(sui)著(zhe)我(wo)們(men)升(sheng)級(ji)到(dao)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)更(geng)高(gao)的(de)汽(qi)車(che)
，這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)及(ji)其(qi)功(gong)能(neng)也(ye)將(jiang)變(bian)得(de)更(geng)為(wei)複(fu)雜(za)。

 

此外，新的 RF 鏈，例如毫米波 (mmWave)
，jiangqianyidaoqicheshang，tigongdejingduheshujuchuanshusulvshidangqianxitongdesanbei。zheshishejirenyuannenggoushixiangengzhinengdechezaitongxinhegance
，bangzhuqichejiancehebirangqitaqiche、行人、物體和設備。

 

zhengrufengwojishushichangdefazhanguochengdiedangqifuyiyang
，qicheweilaidezhuanbianshichangyebuhuiyifanfengshun。kehujiangyingxiangqichesheji，jianguanjigoujiangkongzhiheyingxiangjishuchengxing，qichezhouweide LTE/5G 互聯世界將不斷進步。RF 設計工程師必須在應用中實現性能和機遇的平衡
，才能滿足市場需求。

 

探索互聯汽車的RF挑戰和解決方案

今的智能手機擁有強大的計算能力，甚至超過了 NASA 1969 年將兩名宇航員送上月球時擁有的全部計算能力。我們掌握的所有這些原始計算能力用來做什麼呢?當然要用於網絡通信！

 

現代汽車擁有比智能手機更高的計算能力和技術複雜性。因此
，現代汽車中不同技術和 RF 信號之間的幹擾是設計工程師始終都要麵對的挑戰。

 

為了確保所有這些技術能夠共存，RFFE 模塊需要兼具精確濾波功能、PA 性能和 PA 效率，這樣才能讓它們協同工作。此外
，這些元件必須能夠在惡劣的環境條件下運行，以遵守嚴格的汽車質量標準。最後，CA 和 DSDA 技術的係統要求帶來了更多挑戰。

 

這就要求我們要先了解RF相關的關鍵性能參數。據了解，與 RF 相關的關鍵性能參數挑戰包括接收器靈敏度

、線性度
、選擇性和發熱和穩定性。

 

1
、接收器靈敏度

接jie收shou器qi靈ling敏min度du表biao示shi接jie收shou器qi能neng夠gou成cheng功gong接jie收shou的de最zui微wei弱ruo的de輸shu入ru信xin號hao程cheng度du。接jie收shou器qi能neng夠gou接jie收shou的de功gong率lv級ji別bie越yue低di
，接jie收shou器qi的de靈ling敏min度du就jiu越yue高gao。接jie收shou器qi靈ling敏min度du通tong常chang定ding義yi為wei:在接收器的輸出端口上產生指定信噪比 (SNR) 所需的最小輸入信號。

 

接收器 (RX) 靈(ling)敏(min)度(du)是(shi)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)中(zhong)的(de)任(ren)何(he)無(wu)線(xian)電(dian)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)關(guan)鍵(jian)規(gui)範(fan)之(zhi)一(yi)。接(jie)收(shou)器(qi)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)代(dai)表(biao)它(ta)拾(shi)取(qu)低(di)電(dian)平(ping)信(xin)號(hao)的(de)能(neng)力(li)。由(you)於(yu)信(xin)號(hao)電(dian)平(ping)與(yu)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)成(cheng)反(fan)比(bi)，因(yin)此(ci)低(di)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)係(xi)統(tong)意(yi)味(wei)著(zhe)接(jie)收(shou)範(fan)圍(wei)最(zui)佳(jia)。換(huan)而(er)言(yan)之(zhi)，更(geng)高(gao)的(de)接(jie)收(shou)器(qi)靈(ling)敏(min)度(du)等(deng)於(yu)更(geng)長(chang)的(de)距(ju)離(li)。

 

接收器靈敏度定義為:產生具有所需信噪比 (SNR) 的指定輸出信號所需的最小輸入信號。它的計算方法是:熱噪聲基底乘以 RX 噪聲係數 (NF) 和所需的最小 SNR。更低的噪聲係數意味著更出色的性能。

 

在汽車中，多種因素可能導致噪聲係數高於其他應用，或者帶來更多的 SNR 挑戰。這些挑戰包括:

 

● 在某些汽車應用中，很長的 RF 同軸電纜可能導致噪聲係數和信號損耗增大。

● RF 電纜和元件中的極端溫度或溫度漂移可能導致噪聲係數增大，影響 RFFE 器件的性能。

 

為了減小長電纜中的損耗導致的噪聲係數，設計人員使用低噪聲放大器 (LNA)，並試圖將 RFFE 放置得更靠近天線。這樣可以減小電纜長度
，從而提高係統 NF，並減少電纜插入損耗。

 

高 Q 值、低損耗的 RF 濾波器有助於減少溫度漂移的影響。它們還有助於減少鏈路預算插入損耗和相鄰頻段幹擾。

 

高 Q 值(即品質因數)表示諧振器的能量損耗相對於存儲能量的比率較低。高 Q 值 RF 濾波器的阻帶裙邊更狹窄、更陡峭。

 

另一個設計考慮因素是頻率範圍。在較高的頻率下，獲得低噪聲係數更加困難。隨著汽車繼續向更高頻率範圍遷移

，例如蜂窩網絡和 Wi-Fi
，達到噪聲係數規範變得更加困難。這種趨勢不太可能改變，我們的預期是頻率範圍將逐漸擴展到 mmWave 範圍，例如 28GHz 或 34GHz。因此，噪聲係數仍將是車載係統麵臨的一大挑戰。

 

2
、線性度

PA 線性度描述了 PA 在不產生失真的情況下放大信號的能力。這個術語指的是 RF 放大器的主要工作，即提高輸入信號的功率水平，而不改變信號的內容。

 

對dui於yu使shi用yong任ren何he頻pin率lv調tiao製zhi機ji製zhi來lai對dui信xin號hao幅fu度du變bian化hua中zhong的de信xin息xi進jin行xing編bian碼ma的de係xi統tong而er言yan，線xian性xing度du至zhi關guan重zhong要yao。在zai電dian信xin和he信xin號hao處chu理li中zhong

，頻pin率lv調tiao製zhi是shi通tong過guo改gai變bian波bo的de瞬shun時shi頻pin率lv，對dui載zai波bo中zhong的de信xin息xi進jin行xing編bian碼ma。這zhe些xie調tiao製zhi機ji製zhi各ge不bu相xiang同tong
，從cong幅fu度du調tiao製zhi (AM) 到用於 Wi-Fi 的複雜正交幅度調製 (QAM)。調製機製取決於接收器識別信號幅度和相位的差異的能力。要保留信號中的幅度和相位變化，必須使用線性 PA。如果傳輸的信號失真，則接收器很難恢複在調製的幅度部分中編碼的信息。信號衰減會對係統的範圍和數據速率產生負麵影響。

 

接jie收shou的de信xin號hao可ke能neng包bao括kuo不bu需xu要yao的de大da幅fu度du帶dai外wai信xin號hao。這zhe些xie不bu需xu要yao的de信xin號hao可ke能neng導dao致zhi接jie收shou器qi中zhong的de失shi真zhen，降jiang低di所suo需xu信xin號hao的de信xin噪zao比bi
，影ying響xiang範fan圍wei和he數shu據ju吞tun吐tu量liang。可ke以yi使shi用yong濾lv波bo器qi來lai抑yi製zhi這zhe些xie信xin號hao，並bing降jiang低di線xian性xing度du要yao求qiu。因yin此ci
，使shi用yong帶dai通tong濾lv波bo器qi可ke降jiang低di針zhen對dui帶dai外wai幹gan擾rao信xin號hao的de線xian性xing度du要yao求qiu。

 

非線性前端 PA 係統會產生頻譜再生

，從而對相鄰通道產生幹擾。頻譜再生是非線性器件(例如無線應用中的 PA)中的重要失真機製。功率水平要求、溫度和鏈路預算增加都可能導致線性度問題。使用帶緣濾波器有助於減小由於相鄰信道用戶幹擾導致的非線性失真。此外，RFFE 接收端上的共存濾波器也可以減少信號幹擾，幫助改進接收器頻段信噪比。

 

3

、選擇性

選擇性是無線電接收器僅響應經過調諧的信號、而拒絕頻率相近的其他信號(例如相鄰信道上的另一個廣播)的性能的衡量指標。

 

汽車無線通信係統可能受到多種幹擾影響。汽車 RF 設計工程師必須同時考慮到無線電接收器周圍的內部和外部 RF 信號。

 

濾lv波bo器qi可ke以yi衰shuai減jian不bu需xu要yao的de信xin號hao，同tong時shi讓rang需xu要yao的de信xin號hao通tong過guo，而er隻zhi產chan生sheng最zui小xiao的de損sun耗hao
，從cong而er提ti高gao接jie收shou器qi選xuan擇ze性xing。它ta們men還hai有you助zhu於yu減jian少shao相xiang鄰lin頻pin段duan幹gan擾rao。隨sui著zhe汽qi車che中zhong的de頻pin段duan和he無wu線xian電dian的de平ping均jun數shu量liang增zeng加jia
，以yi及ji標biao準zhun的de數shu量liang增zeng加jia，利li用yong低di漂piao移yi體ti聲sheng波bo濾lv波bo器qi等deng高gao級ji濾lv波bo器qi技ji術shu可ke幫bang助zhu工gong程cheng師shi解jie決jue幹gan擾rao難nan題ti。

 

在汽車係統的無線 RFFE 設計中，減少發熱量也是另一個考慮因素。使用高 Q 值 RF 濾波技術可減少熱量對插入損耗的影響。如圖 4-1 所示，使用高 Q 值低漂移濾波技術有助於減少熱漂移過程中的幹擾。低漂移濾波器的頻率溫度係數 (TCF) 較低，有助於減少插入損耗，降低相鄰信道幹擾
，並減少鏈路預算限製。

 

 

4
、發熱和穩定性

汽車中的溫度漂移可能會非常大。汽車應力條件在 –40°C 至 150°C 之間變化。因此

，汽車設計工程師和供應商必須針對這些極端條件來驗證和測試元件和係統(請參見圖 4-2)。

 

 

在係統設計中，工程師經常要在線性度、功率輸出和效率之間進行權衡。熱量會降低整個係統的性能，如吞吐量、信號範圍和幹擾抑製。因此，使用可減少熱量的 RFFE 組件來設計係統非常重要。使用優化的高線性度功率放大器或前端模塊可減少整體發熱量。

 

影響汽車中的發熱量的另一個重要因素是電纜損耗。電纜損耗導致鏈路預算增加
，意味著發射 (TX) RFFE PA 必須通過提高輸出功率來減少損耗
，從而進行補償。由於輸出功率增加，係統發熱量隨之增加，能效也會降低。

 

了解其他汽車RF挑戰

 

在汽車 RF 係統中
，除了性能參數之外
，還要考慮以下兩個重要話題:

 

開發滿足嚴格的汽車電子委員會 (AEC) 汽車質量標準的元件。

 

滿足載波聚合 (CA) 和 DSDA 技術的係統要求。

 

1、接IATF和AEC標準

隨(sui)著(zhe)汽(qi)車(che)技(ji)術(shu)朝(chao)著(zhe)更(geng)先(xian)進(jin)的(de)駕(jia)駛(shi)員(yuan)輔(fu)助(zhu)係(xi)統(tong)和(he)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)汽(qi)車(che)的(de)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)
，風(feng)險(xian)也(ye)將(jiang)提(ti)高(gao)。汽(qi)車(che)行(xing)業(ye)開(kai)發(fa)了(le)嚴(yan)格(ge)的(de)元(yuan)件(jian)製(zhi)造(zao)和(he)測(ce)試(shi)質(zhi)量(liang)標(biao)準(zhun)
，以(yi)確(que)保(bao)日(ri)益(yi)複(fu)雜(za)的(de) RF 元件在嵌入電子係統之後不會出現故障。

 

在整個製造和測試過程中
，汽車行業製造商必須滿足指定的行業標準。其中的三個關鍵標準包括:

 

● 國際汽車推動小組 (IATF) 16949:汽車行業的這項質量管理係統標準全球通用。汽車製造商通常均認為組件的製造、組裝和測試廠商應該通過了 IATF 16949 標準認證。

● 汽車電子委員會 (AEC) Q100:規定了開關和 PA 等有源元件的標準測試。

● AEC-Q200:規定了 Wi-Fi 通信和蜂窩通信所用 RF 濾波器等無源設備的標準測試。

 

部分測試僅限於汽車行業，例如早期故障率 (ELFR) 測試以及功率和溫度循環 (PTC) 測試

，前者需要將多個樣本(每個樣本含 800 個元件) 置於至少 125°C 的環境中
，後者則需要將樣本置於高低溫循環交替的環境，溫度範圍在 –40°C 及以下到 125 °C 之間。

 

在更惡劣的條件下或者以更大的批量來執行其他一些測試
，以便提供更好的統計依據，來判斷生產元件是否可靠。

 

2、CA和DSDA

載波聚合 (CA) 讓移動網絡運營商能夠將很多單獨的 LTE 載波組合在一起，以提高帶寬和比特率。載波聚合技術用於將可用頻譜的多個 LTE 分量載波 (CC) 合並起來
，從而

 

● 支持更寬的連續或非連續的帶內或帶間帶寬信號塊

● 提高上行鏈路、下行鏈路或雙向的網絡性能

● 將峰值數據速率提高到 1 GB/秒 (Gbps) 峰值下載速度

● 提高網絡的整體容量，以利用碎片化的頻譜分配

 

分量載波 (CC) 是通常分配給一個用戶的 LTE 信道。這對於 RF 設計人員來說是個嚴峻的挑戰。在汽車中，CA 將提供千兆級的 LTE 連接。為了達到這些速度，車載調製解調器使用先進的數字信號處理 (256 QAM) 和 4x4 MIMO，支持最多 4 個載波聚合。

 

MIMO shiyizhongshiyongyuwuxiantongxindetianxianjishu
，zaifasheqihejieshouqishangdoushiyongduogetianxian。tongxindianlumeiduandetianxiandouzuhezaiyiqi
，yizuidachengdujianshaocuowu，bingqieyouhuashujusudu。

 

汽車中的 CA 挑戰包括：

● 下行鏈路靈敏度:很多 CA 應用需要使用 RF 濾波器、雙工器或複雜多路複用器的架構。這些 RF 濾波器有助於確保各個 TX 和 RX 路徑之間的隔離，幫助實現係統靈敏度。隨著更多頻段添加到係統中，使用更加複雜的濾波(例如多路複用器)，設計人員必須確保各個頻段協同工作。

● 諧波生成:諧波由非線性元件生成，如 PA、雙工器和開關。設計人員在設計中必須謹慎地進行權衡
，確保在電諧波消減時不會影響性能。

● 減敏:諧波和 TX 泄(xie)漏(lou)導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)靈(ling)敏(min)度(du)降(jiang)低(di)，稱(cheng)為(wei)減(jian)敏(min)。減(jian)敏(min)是(shi)由(you)於(yu)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)導(dao)致(zhi)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)降(jiang)低(di)，這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)通(tong)常(chang)是(shi)由(you)同(tong)一(yi)無(wu)線(xian)電(dian)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)的(de)。這(zhe)會(hui)導(dao)致(zhi)接(jie)收(shou)器(qi)性(xing)能(neng)降(jiang)低(di)，妨(fang)礙(ai)目(mu)標(biao)信(xin)號(hao)的(de)正(zheng)確(que)檢(jian)測(ce)。高(gao)開(kai)關(guan)隔(ge)離(li)和(he)濾(lv)波(bo)器(qi)衰(shuai)減(jian)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)之(zhi)間(jian)的(de)幹(gan)擾(rao)。

 

DSDA 技術在兩個活躍 CC 中使用兩個獨立的收發器和天線路徑。這使 OEM nenggouliyongtedingdeqianyueyunyingshangfuwu，tongshirangchezhunenggoutianjiazijixiaideyunyingshang。yunyingshangrangchezhunenggoujiangqichetianjiadaojiatingshujujihuazhongbingcongzhongshouyi。quedianshi DSDA 會增加係統功耗，從而增加發熱量，還會提高 RFFE 複雜性。為了減少發熱量，設計人員必須使用線性和高效的 RFFE 模塊。

 

與 CA 相同
，DSDA 也需要穩定的低漂移濾波
，以實現係統和汽車製造商的設計目標。隨著 CC 數量增加
，各個頻段濾波器和複雜的多路複用器的重要性也隨之提升。