【導讀】面對復雜的系統(tǒng)設計挑戰(zhàn)，工程師們一直在努力尋求最簡單的解決方案，汽車應用領域的 eCall 設計也不例外。在本博客文章中，我們將回顧系統(tǒng)設計人員如何進行汽車應用設計，以及新型 eCall 解決方案如何優(yōu)化整個平臺。我們還將分享一些射頻設計專業(yè)知識和集成解決方案，幫助應對 eCall 應用中一些嚴苛的產(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。其目標是保障生命安全、減輕傷害以及減少財產(chǎn)損失。以下是它的工作原理：當發(fā)生事故時，它會通過車輛的傳感器自動激活緊急呼叫或 eCall。然后，該系統(tǒng)會自動打電話給歐洲急救服務112呼叫中心。將會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信息。接下來，緊急調(diào)度中心會向該地點提供適當?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急響應時間，以減少傷亡等事故。據(jù) Thales Group 稱，該系統(tǒng)在城市地區(qū)的響應時間可縮短 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，因為當事故發(fā)生時，電池的電源線可能會被切斷，電子設備可能會斷開連接或損壞。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)境條件下有效運行。
傳統(tǒng)的緊急呼叫方法
傳統(tǒng)的 eCall 系統(tǒng)有多個開關，以便向多個天線提供射頻路徑。這些開關需要匹配和電源電路才能運行，這意味著設計可能會耗費大量時間，其外形尺寸可能會很大，且射頻損耗范圍可能比較廣泛。此外，對于多天線布局，在配置開關陣列的同時實現(xiàn)設計靈活性可能會比較復雜。
以下是傳統(tǒng)設計方法面臨的一些挑戰(zhàn)：
● FR4-PC 板材料要求精心匹配，從而會增加插入損耗，降低性能。.
● 額外的匹配和電源電路會提高系統(tǒng)的散熱溫度，從而限制系統(tǒng)的整體性能。
● 當針對不同的天線配置來配置開關陣列時，設計靈活性就會受到限制。
● 與非雙卡雙通 (DSDA) 相比，在實現(xiàn)更高端設計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 為使用分立式開關的傳統(tǒng) eCall 設計。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)化設計。此外，圖 1 還展示了此類系統(tǒng)的復雜性，因為每個信號都需要針對每條路徑進行多個數(shù)字 GPIO 控制（GPIO - 通用輸入/輸出）。這種傳統(tǒng)設計需要對分頻器的 PC 板進行精心設計或增設外部分頻器，以滿足適當?shù)牟季趾透偷纳漕l損耗需求。
圖 1：傳統(tǒng) eCall 開關架構示例
通過集成應對挑戰(zhàn)
通過在一些射頻路徑上實現(xiàn)簡單集成，可輕松地解決復雜性問題。雖然這種方法明顯減少了一些復雜性、路徑損耗和匹配挑戰(zhàn)，但對您的設計改進沒有多大的幫助。如圖 2 中所示，集成一些開關確實有助于減少匹配，無需使用許多 GPIO 控制，用更少的 MIPI（MIPI — 移動產(chǎn)業(yè)處理器接口）控制來代替，并減少開關的數(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，實現(xiàn)的成本節(jié)省非常少。
圖 2：具有一定集成度的 eCall 開關架構示例。
如圖 3 和 4 中所示，采用完全集成的方法可實現(xiàn)圖 2 所示集成無法實現(xiàn)的更多改進。圖 3 采用 DSDA 開關選項架構，減少了前端匹配和射頻損耗，使用一個 RFFE MIPI 控制，將所有分頻器集成在一個封裝內(nèi)，并減少了材料成本和設計時間。
圖 3：完全集成的 eCall 開關架構示例 — 使用引腳兼容的可選 DSDA (QPC1252Q)。
圖 4 所示設計與圖 3 類似，但未集成 DSDA 開關選項架構。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。
圖 4：完全集成的 eCall 開關架構示例 — 使用非 DSDA (QPC1251Q) 路由開關。
Qorvo 擴大汽車 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有助于確保在事故發(fā)生后與救生服務保持連接。利用這些開關，車輛的主蜂窩信號能夠自動中繼（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，它的工作范圍完全符合 AEC-Q100 2 級汽車認證要求。它具有高達 +34 dBm 的熱切換能力，非常適用于所有遠程通信控制單元 (TCU) eCall 和天線路由配置。此外，它還可以減少高達 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，即使在信號覆蓋受限的區(qū)域，也可以實現(xiàn)更好的蜂窩和 5G 連接。
緊湊型設計可節(jié)省高達 35% 的電路板空間，而傳統(tǒng)設計需要四個或以上的分立式開關，進行相關匹配以及耗費數(shù)月工程資源。這可簡化并加快多模、多頻段系統(tǒng)的電路板設計。
在 eCall 解決方案中使用完全集成的 QPC1251Q 和 QPC1252Q 可進一步簡化設計，只需一個芯片即可代替 5 個獨立開關完成相關工作。這種設計方法可用于 4G 和 5G 芯片組，無需使用多個開關，降低了系統(tǒng)總功耗，同時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
● 設計簡單的解決方案，支持復雜的 eCall 天線路由
● 無需使用多個開關，也無需在 TCU 模塊上進行射頻匹配
● 可實現(xiàn)靈活的開關控制
● 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 應用（高達 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 級認證要求的解決方案
從電子角度來說，我們的汽車越來越復雜，基本上成為一種新型移動設備。隨著射頻連接基礎設施日益普及，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。天線電子設備的集成將有助于加快實現(xiàn)這種移動連接。Qorvo 等半導體公司正努力與汽車制造商和標準機構合作，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計的需求。利用集成式 eCall 開關系統(tǒng)解決方案，我們將繼續(xù)與客戶合作，滿足其復雜的設計需求，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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