作者：Pete Bartolik

投稿人：DigiKey 北美編輯

在高速公路上行駛的新型中高端車很可能使用了同軸供電電纜 (PoC) 組件，用于傳輸高帶寬電子系統(tǒng)所需的電源和數(shù)據(jù)，并減小布線復(fù)雜性和整體重量。隨著信息娛樂和駕駛輔助應(yīng)用在市場(chǎng)上的普及，即使是成本較低的汽車也開始采用 PoC 技術(shù)。

現(xiàn)在，美國(guó)市場(chǎng)上所有的車輛，無(wú)論價(jià)格高低，都必須配備倒車影像和自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)。PoC 布線提供了一種更簡(jiǎn)單、更具性價(jià)比的方法，通過一根電纜同時(shí)傳輸電力和數(shù)據(jù)（圖 1）。通過減輕重量，該技術(shù)有助于提高汽油車的燃油效率和電動(dòng)汽車 (EV) 的續(xù)航里程。簡(jiǎn)化電纜組件還有助于減少安裝和維護(hù)所需的時(shí)間和人力，節(jié)省材料成本，并在制造商的產(chǎn)品線中推廣。

圖 1：典型的 PoC 傳輸系統(tǒng)。（圖片來源：TDK Corporation）

然而，在單根同軸電纜中結(jié)合信號(hào)和電源本身就會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此汽車 PoC 應(yīng)用需要高阻抗濾波電感器來確保復(fù)雜電子系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ鋵?duì)避免電壓下降、功率損耗和數(shù)據(jù)損壞至關(guān)重要，這些情況都可能對(duì)車輛行駛產(chǎn)生不利影響。

多層電感器能夠確保純凈地傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)噪聲，因此越來越不可或缺。這種電感器具有高電感和高阻抗以及非常緊湊的外形，可滿足汽車制造商增加車載電子設(shè)備以節(jié)省空間的需求。

PoC 如何滿足汽車應(yīng)用需求

PoC 簡(jiǎn)化了通過單根電纜傳輸電力和數(shù)據(jù)的過程，以更少的組件節(jié)省材料成本，并減少了潛在故障點(diǎn)。

該技術(shù)更易于擴(kuò)展，以支持更多的功能，這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)檠b配商正在爭(zhēng)先恐后地為信息娛樂系統(tǒng)和安全系統(tǒng)增加更多的傳感器和其他電子設(shè)備，包括越來越復(fù)雜的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)。高端車正在超越強(qiáng)制要求，以采用高級(jí)功能，如二級(jí)自動(dòng)駕駛、360 度攝像頭視角以及自動(dòng)平行和垂直泊車。

這就要求具有處理高速數(shù)據(jù)傳輸、高分辨率視頻和實(shí)時(shí)通信能力。PoC 的高帶寬、高頻率能力對(duì)于高級(jí)車輛系統(tǒng)的實(shí)施至關(guān)重要，這些系統(tǒng)越來越依賴多傳感器融合、5G 連接、集中式計(jì)算架構(gòu)和邊緣計(jì)算能力。PoC 可支持汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如 FPD-Link III（每鏈路最高 4 Gbps）和汽車以太網(wǎng)傳輸（最高 10 Gbps）。

汽車應(yīng)用在設(shè)計(jì)時(shí)必須符合各項(xiàng)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)涉及到來自常見汽車中的高頻源，如點(diǎn)火系統(tǒng)和電機(jī)的電磁干擾 (EMI)時(shí)更應(yīng)如此。EMI 噪聲可能會(huì)干擾基本的安全和信息娛樂系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)有助于駕駛者避免倒車碰撞，保持在車道內(nèi)行駛，并在前方出現(xiàn)車輛、行人或其他障礙物擋路時(shí)減速或停車。

屏蔽式同軸電纜可在一定程度上防止電磁干擾，但由于 PoC 同時(shí)傳輸電源和數(shù)據(jù)信號(hào)，因此在應(yīng)用中需要使用濾波器來防止串?dāng)_和潛在的系統(tǒng)不穩(wěn)定性。信號(hào)線一側(cè)的電容器用于阻止來自直流電源的電流，電源線上的濾波電感器可防止寬帶信號(hào)干擾。

電源線上的濾波電感器在允許直流電流通過的同時(shí)阻斷干擾信號(hào)，從而抑制噪聲并確保信號(hào)完整性。此外，表面貼裝式片狀磁珠還能抑制 EMI、減少串?dāng)_并提供局部濾波。

片狀磁珠和濾波電感器一起工作，以確保通過單根同軸電纜無(wú)縫地傳輸電源和高頻數(shù)據(jù)信號(hào)。每個(gè)組件都在管理噪聲和保持信號(hào)完整性方面發(fā)揮著互補(bǔ)作用。這對(duì)于確保純凈的電力傳輸和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信極其重要，而對(duì)于 PoC 汽車應(yīng)用的可靠性和效率來說則是必備條件。

電感器在 PoC 系統(tǒng)中的作用

標(biāo)準(zhǔn)的線圈型電感器可用于阻斷電源線上的高頻數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)允許直流通過，但這種電感器可能體型較大，而且在 PoC 應(yīng)用所需的高頻范圍內(nèi)性能較差。典型的 PoC 濾波器由四個(gè)電感器和片狀磁珠組成，占用了印刷電路板 (PCB) 上的寶貴空間。

多層電感器的外形高度緊湊，更適合汽車應(yīng)用中空間有限的需求。多層電感器通過堆疊導(dǎo)電和絕緣材料層形成緊湊的整體結(jié)構(gòu)，因此非常適合用于汽車系統(tǒng)。

在選擇最佳多層電感器時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者必須在性能、尺寸和可靠性之間進(jìn)行取舍，以確保高效的功率傳輸和數(shù)據(jù)完整性。PoC 系統(tǒng)中的高頻數(shù)據(jù)信號(hào)需要電感器在較寬的頻率范圍內(nèi)始終保持高阻抗（通常為 MHz 至 GHz），以有效抑制噪聲。低直流電阻 (DCR) 對(duì)于減少功率損耗也至關(guān)重要，尤其是在電動(dòng)汽車等應(yīng)用中。

設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮噪聲環(huán)境，并決定將多層電感器與片狀磁珠配對(duì)使用，以增強(qiáng) EMI 抑制能力。一個(gè)多層電感器和兩個(gè)片狀磁珠可以取代上述四電感器組合，從而大大減少所需的 PCB 面積。

用于 PoC 應(yīng)用的多層電感器專為滿足嚴(yán)格的汽車標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)（如 AEC-Q200），具有出色的高頻 EMI 抑制能力。這些產(chǎn)品采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，可根據(jù)大批量汽車制造的需要進(jìn)行擴(kuò)展。

TDK 的 MLJ-G 系列電感器

[TDK Corporation]提供各種用于濾波電路的電感器，以滿足汽車 PoC 應(yīng)用的嚴(yán)格要求。 [MLJ-G 系列]包括兩個(gè)產(chǎn)品組，均具有高阻抗功能，適用于 ADAS 中使用的交流元件，并提供滿足不同應(yīng)用的選項(xiàng)。這些電感器按照汽車級(jí)規(guī)格制造，堅(jiān)固耐用，能夠承受車輛行駛期間常見的沖擊，且使用壽命長(zhǎng)。

較新的 [MLJ1005-G] 系列電感器，如 [MLJ1005WGHR27PTD25]（圖 2）的尺寸為 1.0 mm × 0.5 mm × 0.5 mm。這些電感器支持高達(dá) 480 mA 的電流，能在高頻率下實(shí)現(xiàn)高阻抗，同時(shí)將降額情況降到最低，從而能夠適應(yīng)汽車 PoC 實(shí)施過程數(shù)據(jù)傳輸速度的提高，例如使用 SerDes 傳輸技術(shù)的攝像頭系統(tǒng)。

圖 2：TDK MLJ-1005-G 系列電感器。(圖片來源：TDK Corporation）

MLJ1608-G 系列電感器的尺寸稍大，為 1.6 mm × 0.8 mm × 0.8 mm，在尺寸和性能之間取得了平衡。例如，[MLJ1608WGCR56NTD25] 可支持高達(dá) 500 mA 的電流，與傳統(tǒng)的多層電感器相比，其在通電過程中的阻抗變化更小。

MLJ1608-G 系列的最大阻抗為 2,500 Ω，在 300 MHz 至 2 GHz 的頻率范圍內(nèi)可保持 1,000 Ω 以上的水平，從而能有效過濾高頻噪聲。該系列能在機(jī)械振動(dòng)和 -55°C 至 +125°C 的溫度范圍內(nèi)可靠運(yùn)行，符合汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

MLJ-G 產(chǎn)品線采用低損耗鐵氧體材料，可吸收和分散 EMI，以確保將能量耗散降至最低，這對(duì)于在汽車的高頻環(huán)境中保持信號(hào)完整性至關(guān)重要。由于直流電阻小，這些器件能最大限度地減少能量損耗，即使在緊湊型高性能汽車設(shè)計(jì)中也能確保高效的功率傳輸。

片狀磁珠與電感器配對(duì)使用

設(shè)計(jì)人員可以通過選擇與 MLJ-G 系列電感器相輔相成的降噪型片狀磁珠來增強(qiáng)汽車 PoC 應(yīng)用。

TDK 的 [MMZ 系列]片狀磁珠用于信號(hào)和電源電路。該系列在較寬的頻率范圍內(nèi)具有高阻抗，因此適于抑制高頻噪聲。[MPZ 系列]針對(duì)汽車電源線應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，具有低直流電阻和大電流處理能力，可在 PoC 電路中保持電源的完整性。

結(jié)語(yǔ)

TDK 的 MLJ-G 系列電感器以及 MMZ 和 MPZ 系列片狀磁珠專為滿足汽車 PoC 應(yīng)用的嚴(yán)格要求而設(shè)計(jì)，能在制造商不斷增加依賴高頻信號(hào)和高帶寬的安全和信息娛樂應(yīng)用的同時(shí)，確保運(yùn)行可靠和信號(hào)完整。

審核編輯 黃宇