הרכבים היוקרתיים והבינוניים החדשים הנוסעים לאורך הכבישים המהירים משתמשים במכללי כבלי P oC( Power over Coax ( כדי להעביר את הספקת-הכוח והנתונים הדרושים למערכות האלקטרוניות בפס-רחב, ולהפחית את מורכבות החיווט ואת המשקל הכולל. אפילו רכבים בעלות נמוכה יותר מתחילים לאמץ את טכנולוגיית PoC , כאשר יישומי מידע בידור וסיוע לנהג נעים במורד השוק.
מ צלמות גיבוי ובלימת חירום אוטומטית נדרשות כעת בכל הרכבים לשוק האמריקאי, ללא תלות במחיר. כבלי PoC מספקים דרך פשוטה, יעילה וחסכונית יותר להעביר הן הספקת-כוח והן נתונים על כבל יחיד (איור 1). על ידי הפחתת המשקל, הטכנולוגיה יכולה לעזור לשפר את נצילות הרכבים המונעים בגז ואת מגוון הרכבים החשמליים (EVs). מכללי כבלים פשוטים יותר יכולים גם
לעזור לקצר את הזמן ולהפחית את העבודה עבור התקנה ותחזוקה, לחסוך בעלויות החומרים ולמדרג על פני קו המוצרים של היצרן.
עם זאת, שילוב של אותות והספקת-כוח בתוך כבל קואקסיאלי יחיד הוא רועש אינהרנטית, ולכן יישומי PoC לרכב זקוקים למשרני סינון בעלי אימפדנס גבוה כדי להבטיח את האמינות התפעולית של מערכות אלקטרוניות מורכבות. התאמת אימפדנס נכונה היא חיונית כדי למנוע נפילות מתח, הפסדי הספק ופגיעה בנתונים העלולים להשפיע לרעה על פעולת הרכב. משרנים רב-שכבתיים הם יותר ויותר חיוניים עבור יכולתם להבטיח העברות אותות נקיים. הם מספקים השראות ואימפדנס גבוהים בגורמי צורה קומפקטיים מאוד העונים על דרישות החיסכון במקום ככל שיצרני רכב
מגדילים את האלקטרוניקה המובנית.
כיצד ה- PoC מתיישר עם דרישות יישום ברכב
ה- PoC מייעל את הספקת הכוח והנתונים באמצעות כבל יחיד, חוסך בעלויות חומרים עם פחות רכיבים ומצמצם נקודות כשל פוטנציאליות. הטכנולוגיה יכולה להתרחב בקלות רבה יותר כדי לתמוך במאפיינים נוספים, וזה קריטי כאשר המרכיבים מתאמצים להוסיף חיישנים נוספים ואלקטרוניקה אחרת עבור מערכות מידע ובידור ובטיחות, כולל מערכות עזר מתקדמות לנהג (ADAS) מתוחכמות יותר ויותר. רכבים מהרמה-העליונה מציעים מאפייני פרמיום כגון נהיגה אוטונומית Level 2, מצלמות המכסות 360 מעלות, וחנייה אוטומטית במקביל ובניצב למדרכה. זה דורש את היכולת להתמודד עם העברת נתונים במהירות גבוהה, וידאו ברזולוציה גבוהה ותקשורת בזמן-אמת. יכולות רוחב הפס הרחב והתדר הגבוה של PoC הן קריטיות בהטמעת מערכות רכב מתקדמות
הנשענות יותר ויותר על היתוך חיישנים מרובים, חיבוריות 5G, ארכיטקטורות מחשוב מרכזי ויכולות מחשוב קצה. ה- PoC יכול לתמוך בתקני תעשיית הרכב כגון FPD-Link III עם עד 4 G bps כל קישור והעברת Ethernet ברכב של עד . 10 Gbps יישומי רכב חייבים להיות מתוכננים כך שיעמדו בתקנים מחמירים, במיוחד כשמדובר בהפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) ממקורות בתדר גבוה ברכב טיפוסי, כגון מערכות הצתה ומנועים חשמליים. רעש EMI עלול להפריע למערכות בטיחות ומידע ובידור חיוניות המסייעות לנהגים להימנע מהתנגשויות בנסיעה לאחור, להישאר בנתיבים ולהאט או לעצור כאשר רכב, הולכי רגל או מכשולים אחרים נמצאים בדרכם. קואקס מסוכך מספק הגנה מסוימת מפני EMI, אך מכיוון ש- PoC משדר אותות כוח ונתונים כאחד, היישומים דורשים מסננים כדי למנוע ערב-דיבור (Crosstalk) ואי-יציבות פוטנציאלית של המערכת. קבל בצד קו האותות משמש לחסימת הזרם מהספקת-הכוח DC , ומשרן מסנן בקו הספקת-הכוח ימנע הפרעות מאותות בפס-רחב. משרני מסנן על קווי הכוח משככים רעש ומבטיחים את תקינות האותות הודות לחסימת ההפרעות תוך מתן אפשרות לזרם DC לזרום. משלימים אותם חרוזי שבב בהרכבה-משטחית המשככים ,E MI מפחיתים ערב-דיבור (Crosstalk) ומספקים סינון מקומי. חרוזי השבב ומשרני הסינון עובדים יחד כדי להבטיח העברה חלקה של אותות הספקת-כוח ונתונים בתדר גבוה על גבי כבל קואקסיאלי יחיד. כל רכיב ממלא תפקיד משלים בניהול הרעש ושמירה על תקינות האותות. זה קריטי לאבטחת הספקת-כוח נקייה ותקשורת נתונים יציבה, החיוניות
עבור האמינות והנצילות של יישומי PoC ברכב.
תפקיד המשרנים במערכות PoC
ניתן להשתמש במשרנים סטנדרטיים מבוססי סליל כדי לחסום אותות נתונים בתדר גבוה מקווי הכוח תוך מתן אפשרות להספק DC לעבור, אך הם יכולים להיות מגושמים ועם ביצועים גרועים בתחום התדרים הגבוהים הנדרשים עבור יישומי PoC. מסנן PoC טיפוסי יהיה מורכב מארבעה משרנים ביחד עם חרוזי שבב, התופסים מקום יקר בלוח המעגלים המודפסים (PCB). משרנים רב-שכבתיים הם קומפקטיים ביותר ומתאימים יותר לצרכים מוגבלי-המקום של יישומי רכב. הם נוצרים על ידי גיבוב שכבות של חומרים מוליכים ומבודדים ליצירת מבנה מונוליטי קומפקטי, ההופך אותם לאידיאליים עבור שימוש במערכות רכב. בעת בחירת משרן רב-שכבתי אופטימלי, מתכנני המוצר חייבים לאזן בין ביצועים, גודל ואמינות כדי להבטיח הספקת-כוח יעילה ותקינות הנתונים. אותות נתונים בתדר גבוה במערכות PoC דורשים משרנים בעלי אימפדנס גבוה באופן עקבי על פני תחומי תדרים רחבים, בדרך כלל בתחום של מגה-הרץ עד גיגה-הרץ, כדי לשכך רעשים ביעילות. התנגדות DC (DCR) נמוכה היא גם חיונית למזעור הפסדי ההספק, במיוחד עבור יישומים כגון. EVs על המתכננים לשקול את סביבת הרעש, והם עשויים להחליט להשתמש במשרנים רב-שכבתיים עם חרוזי שבב עבור שיכוך EMI משופר. משרן רב-שכבתי אחד ושני חרוזי שבב יכולים להחליף את שילוב ארבעת המשרנים שהוזכר קודם לכן, ולהקטין במידה ניכרת את שטח ה- PCB הנדרש.
משרנים רב-שכבתיים עבור יישומי PoC מתוכננים לעמוד בתקני רכב מחמירים, כגון AEC-Q200, ומספקים שיכוך E MI EMI מעולה בתדרים גבוהים. הם מיוצרים באמצעות תהליכים מתקדמים הניתנים למידרוג עבור צורכי ייצור רכבים בנפח גבוה.
איור 1: סכמה של מערכת העברה PoC טיפוסית. (מקור התמונה: TDK Corporation)
משרנים סדרת M LJ-G של TDK
TDK Corporation מציעה מגוון רחב של משרנים עבור מעגלי סינון המתוכננים לעמוד בדרישות המחמירות של יישומי PoC ברכב. סדרת MLJ-G זמינה בשתי קבוצות מוצרים ששתיהן כוללות אימפדנס גבוה עבור רכיבי AC המשמשים ב- ,ADAS כמו גם מציעות אפשרויות לעמוד ביישומים מגוונים. בנויים בהתאם למפרטים בדירוג רכב, משרנים אלה הם חסונים דיים כדי לעמוד בפני הזעזועים הנפוצים בפעולות רכב ומעניקים תוחלת חיים ארוכה.
המשרנים החדשים יותר סדרת MLJ1005-G , כגון ה MLJ1005WGHR27PTD25- )איור 2 ( הם בגודל של 1.0 מ”מ 0.5 × מ”מ 0.5 × מ”מ. הם תומכים בזרם של עד 480 m A ומשיגים אימפדנס גבוה בתדרים גבוהים עם ירידה מינימלית כדי לטפל במהירויות העברת נתונים מוגדלות ביישומי PoC לרכב, כגון מערכות מצלמות המשתמשות בהעברת .SerDes משרני סדרת MLJ1608-G הם גדולים מעט יותר, בגודל של 1.6 מ”מ 0.8 × מ”מ 0.8 × מ”מ, ומעניקים איזון בין הגודל והביצועים. ה M LJ1608WGCR56NTD25- , למשל, תומך בזרם של עד 500 m A , ומציג גרסה עם אימפדנס נמוך יותר במהלך הפעלת הזרם בהשוואה למשרנים רב-שכבתיים קונבנציונליים. סדרת MLJ1608-G משיגה אימפדנס מקסימלי של 2,500 Ω , שומרת על רמות
של מעל 1,000 Ω בתחום התדרים של MHz 300 ו- 2 GHz , ומסננת ביעילות רעשים בתדר גבוה. הם פועלים בצורה אמינה תחת רעידות מכניות ובתחום הטמפרטורות 55° C – עד 125°�C + ועומדים בתקני תעשיית הרכב.
קווי המוצרים של MLJ-G משתמשים בחומרי פרייט (Ferrite) בעלי הפסדים נמוכים הסופגים ומפזרים EMI כדי להבטיח פיזור אנרגיה מינימלי שהוא חיוני לשמירה על תקינות האותות בסביבות רכב בתדר גבוה. עם התנגדות DC נמוכה, הם ממזערים את הפסדי האנרגיה, ומבטיחים הספקת-כוח יעילה אפילו בתכני רכב קומפקטיים ובעלי ביצועים גבוהים.
איור 2: תמונה מייצגת של משרן סדרת MLJ-1005-G של TDK (מקור התמונה: TDK Corporation)
חרוזי שבב ביחד עם משרנים
המתכננים יכולים לשפר את יישומי ה- PoC ברכב שלהם על ידי בחירת חרוזי שבב משככי רעש המשלימים את משרני סדרת .MLJ-G חרוזי שבב סדרת MMZ של TDK מתוכננים הן עבור מעגלי אותות והן עבור מעגלי הספקת-כוח. הם מספקים אימפדנס גבוה על-פני תחום תדרים רחב, ההופך אותם למתאימים עבור שיכוך רעשים בתדר גבוה. סדרת MPZ ממוטבת עבור יישומי קווי
הספקת-כוח ברכב, ומציעה התנגדות DC נמוכה ויכולות טיפול בזרם גבוה לשמירה על תקינות הספקת-הכוח במעגלי .PoC
מסקנות
משרני סדרת MLJ-G של TDK , ביחד עם סדרות חרוזי השבב MMZ ו- ,MPZ מתוכננים לעמידה בדרישות המחמירות של יישומי PoC ברכב תוך הבטחת פעולה אמינה ותקינות אותות, כאשר היצרנים ממשיכים להוסיף יישומי בטיחות ומידע ובידור הנשענים על אותות בתדר גבוה ורוחב-פס רחב.
על המחבר
רולף הורן הוא מהנדס אפליקציה ב־DigiKey משנת 2014 , במסגרת צוות התמיכה הטכנית באירופה. הוא אחראי למענה על שאלות בתחום הפיתוח וההנדסה מלקוחות באזור EMEA , וכן לכתיבה והגהה של מאמרים ובלוגים בגרמנית עבור פלטפורמות TechForum ו־ maker.io של החברה. לפני כן עבד רולף בכמה חברות בתחום המוליכים למחצה, עם התמחות במערכות
משובצות FPGA (, מיקרו-בקרים ומעבדים( ליישומים תעשייתיים ורכביים. רולף הוא בוגר הנדסת חשמל ואלקטרוניקה מהאוניברסיטה למדעים יישומיים במינכן, והחל את דרכו כמומחה פתרונות מערכת בחברת הפצת רכיבים.
תחביבים: משפחה וחברים, טיולים עם VW קליפורניה ורכיבה על אופנוע BMW GS 100 משנת 1988.
Rolf Horn, Application Engineer at DigiKey Credit: DigiKey
