除非車輛的電子電路具有高度的可靠性和抗電沖擊能力，否則自動駕駛汽車（AV）所提供的安全性和便利性無法實現(xiàn)。通過提供過流保護，瞬態(tài)浪涌保護，靜電放電（ESD）保護和反極性保護，設(shè)計人員可以大大降低電路故障的風險。電路保護策略應(yīng)從三個關(guān)鍵任務(wù)子系統(tǒng)開始：攝像頭，雷達和ADAS。

 

保護相機子系統(tǒng)

 

在音視頻設(shè)備中，多個攝像機可提供基本的前向和后向視覺，并協(xié)同工作以提供深度感知，通過CCD / CMOS圖像傳感器將可見光轉(zhuǎn)換為電信號，以發(fā)送給通信和控制電路。攝像機子系統(tǒng)中的電路塊如圖2所示。需要保護組件的關(guān)鍵是與外部電路連接的部分。

 

 

攝像機電源子系統(tǒng)需要保護免受三種潛在影響：過電流，高瞬變和ESD。保險絲提供過電流保護。設(shè)計人員可以選擇傳統(tǒng)的一次性熔斷陶瓷熔斷器，也可以選擇基于聚合物的正溫度系數(shù)（PPTC）可復(fù)位熔斷器。兩種組件均可滿足汽車要求的寬溫度額定值。

 

如果發(fā)生過電流情況，PPTC的優(yōu)點是無需更換。該專用保險絲因為過電流產(chǎn)生的熱量而實質(zhì)上增加了電阻。消除過電流后，PPTC恢復(fù)到低電阻并重置電路。兩種組件都有表面貼裝封裝，以節(jié)省寶貴的PCB空間。

 

除了過電流之外，電源電路還需要保護，以防止由車內(nèi)電源（例如，電動機通電和斷電）引起的電壓瞬變。該電路必須能夠承受ISO 7637和16750標準定義的瞬變。兼容的組件包括瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管，它們可以安全地吸收脈沖1、2、3中指定的低能量瞬變和高能量瞬變。

 

收發(fā)器解決方案

 

為了避免災(zāi)難性的故障（如果意外地使電源電壓極性反轉(zhuǎn)），設(shè)計人員可以在保險絲中串聯(lián)一個肖特基二極管。在提供反極性保護的同時，二極管的低正向壓降對電源性能的影響最小。

 

CAN協(xié)議收發(fā)器需要針對ESD，快速電氣瞬變和其他過電壓瞬變的保護。二極管陣列具有30 kV空氣和30 kV接觸放電能力，具有很高的ESD魯棒性。這些設(shè)備用于幫助設(shè)計人員滿足道路車輛ESD的ISO 10605標準。此外，憑借約15 pF的電容和1 µA以下的泄漏電流，二極管陣列不會干擾協(xié)議傳輸。這些器件可在-40°C至+ 150°C的溫度范圍內(nèi)工作，以適應(yīng)汽車環(huán)境。

 

推薦的用于保護CAN收發(fā)器的電路如圖3所示。一個兩通道二極管陣列既保護高線又保護低線。單個保護組件有助于降低生產(chǎn)成本。像CAN收發(fā)器一樣，以太網(wǎng)收發(fā)器也需要ESD保護。二極管陣列和聚合物ESD抑制器可以為高速差分數(shù)據(jù)線提供必要的保護。這些二極管陣列可提供高達±30 kV的ESD保護，并可以在單個封裝中保護差分線對，以節(jié)省空間。還可以提供0402版本作為分立組件，以實現(xiàn)PCB板布局的靈活性。

 

 

在電容必須絕對最低的系統(tǒng)中，可以考慮使用0.04pF的聚合物ESD抑制器（AXGD1系列）。電容低不會阻礙1 Gbit以太網(wǎng)的傳輸速率。與OPEN Alliance以太網(wǎng)組織的建議一致的配置和組件示例如圖4所示。

 

 

最重要的電路是圖像傳感器——一種雙極性，低電容保護組件。該二極管可承受高達±30 kV的ESD沖擊，泄漏電流極低（典型值低于10 nA），電容約為0.35 pF。為了節(jié)省空間，該ESD二極管采用1.0mm x 0.5mm超小尺寸SOD882封裝。

 

保護相機子系統(tǒng)的四個與外部電路和外部環(huán)境連接的電路塊，將確保一個強大，可靠的可見光檢測系統(tǒng)。盡可能在電路輸入附近使用推薦的組件以避免多余的能量損壞關(guān)鍵電路。

 

保護雷達子系統(tǒng)

 

雷達子系統(tǒng)為重要的前方和后方行人檢測以及避免碰撞功能提供信號輸入。如圖5框圖所示，雷達子系統(tǒng)電路具有兩個DC電源。低噪聲電源為模擬雷達發(fā)射機和雷達接收機電路模塊供電。常規(guī)電源為邏輯和通信電路供電。像攝像機子系統(tǒng)電源一樣，雷達子系統(tǒng)電源也需要過流保護，瞬態(tài)浪涌保護，反極性和ESD保護。

 

 

多種產(chǎn)品可以保護電源免受過電流和反極性的影響。同樣，設(shè)計人員可以選擇傳統(tǒng)的表面貼裝保險絲或PPTC自恢復(fù)保險絲。兩個電源的輸入線串聯(lián)的低正向電壓肖特基二極管將為電源和所有雷達子系統(tǒng)電路塊提供反極性保護。設(shè)計人員應(yīng)在每個電源的輸入處為單個電源提供浪涌保護。

 

TVS二極管是推薦的電涌保護組件。設(shè)計人員根據(jù)瞬態(tài)功率額定值（低功率瞬態(tài)為400W / 600W，高功率瞬態(tài)為1,500W至7,000W）選擇TVS二極管來保護電源。波形發(fā)生器和模擬前端分別是雷達發(fā)射機和雷達接收機的一部分。它們與發(fā)射器和接收器模塊分開（圖5中），因為在發(fā)射器輸出和接收器輸入模塊上添加保護組件會改變其發(fā)射和接收阻抗。保護元件可以保護盡可能多的電路。

 

與相機子系統(tǒng)中推薦用于圖像傳感器的ESD二極管類似的雙極組件，將提供必要的ESD保護。與攝像頭子系統(tǒng)一樣，雷達子系統(tǒng)將其信息傳輸?shù)杰囕v的中央處理子系統(tǒng)。雙極二極管陣列為CAN I/O線的高側(cè)和低側(cè)均提供ESD保護。以太網(wǎng)收發(fā)器可以使用二極管陣列或聚合物ESD抑制器來最大程度地減少信號失真，并且不會影響以太網(wǎng)傳輸速率。

 

保護ADAS通訊和控制

 

信號處理、通信和控制子系統(tǒng)（圖6）用來操作車輛。它必須是健壯，可靠和確保功能安全的。該電路必須識別出正在行駛的其他車輛，遇到危險時則需要快速停車，并且需要對故障傳感器做出安全響應(yīng)。故障安全固件至關(guān)重要，但能夠承受瞬態(tài)能量沖擊的硬件也至關(guān)重要。向控制器提供信息的所有電路模塊都需要防靜電保護。

 

電源需要過流保護、電涌保護和反極性保護。此電源的保險絲可以位于模塊內(nèi)，也可以位于車輛低壓接線盒的更上游。通過其浪涌功率額定值選擇的TVS二極管可提供必要的浪涌瞬變保護。與電源輸入線串聯(lián)的肖特基二極管可提供反向電壓極性保護。

 

每個通信鏈路都需要針對每個端口的獨特性能和配置而設(shè)計ESD保護。下表列出了ADAS通信和控制子系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議及其不同的數(shù)據(jù)速率。設(shè)計人員可以從各種具有獨特特性的二極管陣列和聚合物ESD抑制器中進行選擇，以保護每個通信鏈路，不會影響其數(shù)據(jù)速率或其高至低電壓差。

 

 

直接連接至DSP電路模塊的任何信號線均應(yīng)具有ESD保護。設(shè)計人員可以使用二極管陣列或聚合物ESD抑制器，為高信號線和低信號線提供雙極性保護。設(shè)計人員擁有廣泛的組件，可以用來保護電路免受上述潛在壓力的影響。選擇符合AEC-Q合格組件既可以加快對標準認證機構(gòu)的遵守，同時又使設(shè)計人員相信這些組件將提供必要的保護級別。