如何解決汽車高速連接的EMC問題

隨著中國汽車行業(yè)開始大力沿著“軟件定義汽車”的方向發(fā)展，整車開始圍繞SOA電子電氣架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，高效的硬件平臺以中央集成OIB、分域控制VIU為核心，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能接管車輛主動操控汽車。在巨大算力的支持下，不僅提升了整車操控的流暢性，還使得車輛具備全生命周期的硬件升級進(jìn)化能力。由于數(shù)據(jù)量的提升，高速數(shù)據(jù)連接成了智能汽車?yán)锩娴谋匾倪x擇。

汽車和整個(gè)社會的電氣化時(shí)代已然來臨，現(xiàn)代汽車環(huán)境內(nèi)外均出現(xiàn)了各種EMI相關(guān)的問題。

此類EMI干擾，導(dǎo)致了信號弱化或損壞；傳輸信號的解決方案是通過各種鏈接，一旦信號出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致關(guān)鍵傳感器和ADAS系統(tǒng)故障，有時(shí)甚至?xí)l(fā)災(zāi)難性后果。Part 1

EMC問題

汽車對電磁干擾(EMI)性能具有嚴(yán)格要求，是所有車載設(shè)備都要面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。隨著傳輸數(shù)據(jù)量的增長，對信號傳輸速度的要求也越來越快。行業(yè)面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是要設(shè)定高速連接技術(shù)的限值和所需帶寬。汽車工業(yè)和汽車制造商的目標(biāo)是滿足關(guān)于電磁兼容性（EMC）的要求，大致分為兩個(gè)：

一是必須確保電子設(shè)備自身不會發(fā)出過多的電磁干擾噪聲（EMI）；

二是不被其他系統(tǒng)發(fā)出的噪聲所影響（EMS）。

目前，利用傳統(tǒng)技術(shù)的車載連接解決方案，減少電子噪聲影響主要的手段包括：減少帶寬、減少電纜長度以及為增加昂貴的屏蔽電纜等。然而，上述所有解決手段并非最優(yōu)解，反而會對下一代智能汽車的高速通信造成嚴(yán)重阻礙。

●減少帶寬

減少電子干擾并提高信噪比（SNR）最簡單有效的方法之一就是降低帶寬。

但隨著先進(jìn)感知傳感器（如相機(jī)、雷達(dá)和激光雷達(dá)）數(shù)量的增加和對傳輸質(zhì)量的優(yōu)化，帶寬需求將急速增長。

在這里，我們能看到整個(gè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是不斷提升EE架構(gòu)的鏈接帶寬，因此技術(shù)層面會遇到更多困難。隨著汽車的邊沿計(jì)算能力增強(qiáng)，需要在理論的速度上，增加軟件額外的傳輸需求。這就需要在做設(shè)計(jì)的過程中，提高芯片的能力。EMC若要符合要求，應(yīng)當(dāng)建立在高速傳輸和高帶寬的基礎(chǔ)上。

●限制電纜長度

縮短信號傳播的距離也大大減少了電磁干擾的影響，因?yàn)檫@讓信號在整個(gè)通道中的衰減有限，能夠保持原始強(qiáng)度。然而，汽車行業(yè)正在淘汰分布式E/E架構(gòu)，轉(zhuǎn)向域和集中式E/E架構(gòu)，以幫助促進(jìn)傳感器融合和“軟件定義汽車”(SDV)，而這些新的汽車架構(gòu)需要更長的布線（點(diǎn)對點(diǎn)的連接）。

我們可以看到，整個(gè)集中式架構(gòu)中，雖然整體線纜長度是減少的，但是對于單個(gè)信號來看，由于可能需要覆蓋全車，特別是高速信號并不希望中轉(zhuǎn)而是直接傳輸，所以信號傳輸?shù)拈L度變長了。

● 提高頻率

頻率提高可以支持通道發(fā)送更高的帶寬，這是一些車載連接解決方案為滿足目前需求所采取的方法。然而，信號衰減隨著頻率的增加而增加，長距離傳輸效果將受到影響，并使連接電纜極度容易受到EMI的影響。

●增加屏蔽電纜

增加屏蔽電纜以減少EMI的影響，同時(shí)也能夠減少來自電纜本身的輻射干擾。這個(gè)方案似乎十分合適。

然而，近來有研究指出，由于屏蔽電纜的老化和應(yīng)力會嚴(yán)重退化，在涉及到需要運(yùn)動的裝置中（如門、側(cè)視鏡和后備箱蓋）尤為如此。EMI對老化、磨損的屏蔽電纜有不利影響，使它們變得無效且?guī)砀箫L(fēng)險(xiǎn)。最嚴(yán)重的是，由于屏蔽電纜隨時(shí)間推移而失效，電纜本身將成為EMI輻射源。

目前EMC測試存在的問題

目前業(yè)內(nèi)的EMC測試方法集中在新型短屏蔽電纜上，沒有考慮到連接電纜在現(xiàn)實(shí)世界中所處的條件和壓力。如果EMC測試?yán)^續(xù)以這種方式進(jìn)行，那么未來相關(guān)車輛將面臨大規(guī)模召回，或者其他事故。

Part 2

解決方案——MIPI A-PHY

為解決上述種種挑戰(zhàn)，MIPI A-PHY標(biāo)準(zhǔn)于2020年發(fā)布，它支持為實(shí)現(xiàn)汽車的高級別自動駕駛而進(jìn)行創(chuàng)新，并使用數(shù)字信號處理(DSP)等自適應(yīng)方法實(shí)現(xiàn)高帶寬、長連接、實(shí)時(shí)鏈路，還具有強(qiáng)大的處理EMI問題的性能。

ValensVA7000芯片組采用的DSP完全符合MIPIA-PHY規(guī)格的芯片組，包含的三個(gè)主要元素，可以處理EMI：

（1）實(shí)時(shí)噪聲消除（JITNC）

一種快速、自適應(yīng)的噪聲消除方法，以減少EMI的影響。其對于處理窄帶干擾（NBI）極為有效，這種尖銳、突發(fā)的噪音是傳統(tǒng)車載連接解決方案難以處理的。JITNC可以消除高達(dá)36dbm的噪聲。

（2）高階脈沖幅度調(diào)制（PAM）

Valens芯片組可以使用PAM16工作，這是一種在同一時(shí)間段內(nèi)發(fā)送更多數(shù)據(jù)的方式，支持更高的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)保持較低載波頻率，防止信號衰減和干擾。雖然一些傳統(tǒng)的車載連接解決方案確實(shí)使用PAM4，但它仍然不能為目前的ADAS和信息娛樂系統(tǒng)所需的高帶寬提供支持。Valens的PAM16不僅滿足了如今的帶寬需求，還為未來的需求留出充足空間。

（3）動態(tài)PHY級重傳

有時(shí)環(huán)境噪聲太大，數(shù)據(jù)包可能因干擾而傳輸失敗。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，MIPI A-PHY標(biāo)準(zhǔn)要求在PHY級別重新傳輸數(shù)據(jù)包。PHY級操作允許極快速的數(shù)據(jù)傳輸。由于此時(shí)引起初始故障的EMI可能還沒有消散，因此動態(tài)控制的重傳，會使用比最初發(fā)送時(shí)更低的PAM來進(jìn)行。比如，如果原始傳輸是使用PAM16發(fā)送的，那么重傳將以PAM8發(fā)送。這大大降低了傳輸再次失敗的機(jī)會，這也是Valens A-PHY兼容芯片組實(shí)現(xiàn)行業(yè)中最低錯(cuò)誤率的原因之一。

Valens獨(dú)一無二的UTP功能

Valens芯片組內(nèi)的DSP編碼可以減輕電磁干擾帶來的影響，從而可以使用非屏蔽雙絞線(UTP)，速度可達(dá)4Gbps，傳輸距離可達(dá)10米。這使得Valens芯片組具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如降低系統(tǒng)成本，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局更加靈活，并在設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)提供更多的選擇。UTP的應(yīng)用是Valens芯片組的一大重大突破 。

結(jié)論

現(xiàn)代汽車處于信號繁雜的環(huán)境當(dāng)中，隨著汽車電子設(shè)備，如ADAS組件、數(shù)字駕駛艙和汽車上的各個(gè)組件逐步豐富，設(shè)備的體積只會越來越大。過去，EMI的影響已經(jīng)被證明對關(guān)鍵系統(tǒng)有非常嚴(yán)重的影響，曾導(dǎo)致多次汽車召回，甚至死亡事故。在各個(gè)領(lǐng)域中限制EMI的應(yīng)該是首先要考慮的問題。如果整車廠的設(shè)計(jì)未充分考慮到此，將無法把ADAS、V2X通信、信息娛樂和其他領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用到汽車產(chǎn)品當(dāng)中。







審核編輯：劉清