如何解決汽車高速數據連接的EMC問題

隨著我國汽車產業逐步朝著“軟件定義汽車”的方向發展，整車開發逐步圍繞以中間集成OIB和分域控制VIU為中心的SOA電子電氣架構進行，具有豐富的數據處理能力。高效的硬件系統可以接管車輛的主動操作。在巨大計算能力的支持下，不僅提高了整車控制的平穩性，而且促進了整個生命周期的硬件升級和演變。由于信息量的增加，EMC高速數據連接已成為智能駕駛的必要選擇。

圖1、新型電子和電氣架構

汽車和整個社會的電氣化時代已經到來，現代汽車環境中出現了各種與EMI相關的問題。這種EMI效應導致信號減弱或損壞；傳輸信號解決方案包括各種連接。一旦信號出現問題，可能會導致重要傳感器和ADAS系統出現異常，有時甚至會造成毀滅性后果。

EMC面臨的挑戰

嚴格管理車輛干擾信號（EMI）是所有車載設備面臨的最嚴重挑戰之一。隨著數據傳輸的增加，對信號傳輸速率的需求也在增加。該領域的第一項測試是設置快速連接技術的限制和帶寬。汽車工業和汽車企業的目的是實現相關的電磁兼容性（EMC）要求，主要分為兩類：

首先，我們必須確保電子產品本身不會發出過多的干擾信號噪聲（EMI）；

其次，它不受其他軟件噪聲（EMS）的影響。

目前，通過采用傳統技術的車載連接解決方案來減少電子噪聲危害的關鍵方法包括：減少帶寬、減少電纜長度以及增加昂貴的屏蔽電纜。然而，上述所有處理方法都不是最佳解決方案，但它們將對下一代智能駕駛的高速通信造成重大障礙。

● 減少帶寬

減少電子干擾和提高信噪比（SNR）的最簡單有效的方法之一是減少帶寬。

然而，隨著優秀認知傳感器（如相機、雷達和激光雷達）數量的增加和傳輸質量的提高，帶寬需求將快速增加。

在這里，我們可以看到，所有設計的目標都是不斷提高EE架構的連接帶寬，因此我們將在技術層面遇到許多困難。隨著車輛邊緣計算的改進，必須在理論速度上提高軟件的附加傳輸要求。這需要在設計過程中提高芯片的水平。如果EMC希望滿足這些要求，它應該基于高速傳輸和高帶寬。

圖2、增加車輛帶寬

● 限制電纜長度

減少信號傳輸之間的間隔也大大減少了干擾信號的影響，因為它限制了所有信道中的信號損失并保持了初始強度。然而，汽車行業已經將分布式E/E架構替換為域和集中式E/E架構，以幫助促進傳感器集成和“軟件定義車輛”（SDV），但這些新的汽車架構必須更長（點對點連接）。

可以看出，在所有集中式架構中，雖然總電纜長度減少了，但信號傳輸長度對于單個信號是延長的，因為它可能需要覆蓋整個車輛，特別是對于不希望直接傳輸的高速信號。

圖3、分布式（邊緣）、分區和集中式E/E架構

●提升頻率

頻率的增加可以支持信道推動更高的帶寬，這是一些滿足當前要求的車輛連接解決方案。然而，隨著頻率的增加，信號衰減會增加，遠程傳輸效果會受到影響，連接電纜極易受到EMI的影響。

● 改進屏蔽電纜

改進屏蔽電纜，以減少EMI的影響，并減少電纜本身的輻射干擾。這個計劃似乎很合適。

然而，最近的一項研究指出，由于屏蔽電纜的老化和應力，它們將嚴重減少，尤其是在涉及必要移動的設備（如車門、側視鏡和行李箱蓋）中。EMI對老化和磨損的屏蔽電纜有負面影響，使其失效，風險更大。最嚴重的是，隨著時間的推移，屏蔽電纜本身會因其失效而成為EMI輻射源。

目前，EMC測試存在缺陷

目前，業界的EMC測試方法集中在新的短屏蔽電纜上，而沒有考慮現實世界中連接電纜的標準和壓力。如果再次以這種方式進行EMC測試，相關車輛將在未來面臨大規模返回或其他事故。

解決方案-MIPIA-PHY

為了解決上述許多測試，MIPIA-PHY規范于2020年發布，適用于推動先進無人駕駛汽車的創新。它使用數字信號處理（DSP）和其他響應方法來完成高帶寬、長連接和即時鏈接，并且具有很強的解決EMI問題的能力。

Valens VA7000芯片組使用的DSP符合實際的MIPIA-PHY型號芯片組，該芯片組包含三個主要元件，可以處理EMI：

（1） 立即消除噪聲（JITNC）

為了減少EMI的影響，提出了一種快速自適應的噪聲消除方法。解決窄帶影響問題。（NBI）非常合理。一般的車輛連接解決方案無法處理這種尖銳和突然的噪音。JITNC可以消除高達36dbm的噪聲。

（2） 高級脈沖幅度調制（PAM）

瓦倫斯芯片組可以與PAM16一起工作，PAM16是一種同時推送大量數據的形式，適用于更高的數據速率，同時保持較低的載波頻率以避免信號衰減和影響。盡管PAM4確實應用于一些傳統的車輛連接解決方案，但它仍然無法支持當前ADAS和信息娛樂系統所需的高帶寬。Valens PAM16不僅滿足當前的帶寬要求，還為未來的需求提供了足夠的空間。

（3） 動態PHY級重傳

有時噪音非常大，由于撞擊，數據包可能無法傳輸。當這種情況發生時，MIPIA-PHY標準在PHY級別再次發送數據分組。PHY級操作允許快速數據傳輸。由于原始故障EMI可能尚未消退，實時控制的重傳將使用低于原始推送的PAM。例如，如果初始傳輸由PAM16發送，則重傳將由PAM8推送。這可以減少再次發生傳輸故障的機會，這也是Valensa PHY適應芯片組完成行業中最小錯誤率的原因之一。

Valens獨特的UTP功能

瓦倫斯芯片組中的DSP數量可以減少干擾信號的影響，然后使用速度為4Gbps、傳輸距離為10m的非屏蔽雙絞線（UTP）。這使得瓦倫斯芯片組具有許多優點，如降低系統成本、提高系統設計和布局效率，以及在設計系統架構時提供更多選擇。UTP的應用是瓦倫斯芯片組的一大進步。

結果

現代汽車處于復雜的信號環境中。隨著ADAS組件、數字座艙和車輛上的每個組件的逐漸豐富，設備的體積只會越來越大。在過去，EMI的影響已被證明會對重要系統造成嚴重危害，導致幾起汽車召回甚至致命事故。在各個領域限制EMI的第一件事是了解問題。如果在整車廠的設計中沒有充分考慮到這一點，ADAS將無法在V2X通信、信息和娛樂等領域實現突破性的汽車產品應用設計。