除非車輛的電子電路具有高度的可靠性和抗電沖擊能力，否則自動駕駛汽車（AV）所提供的安全性和便利性無法實現(xiàn)。通過提供過流保護，瞬態(tài)浪涌保護，靜電放電（ESD）保護和反極性保護，設計人員可以大大降低電路故障的風險。電路保護策略應從三個關鍵任務子系統(tǒng)開始：攝像頭，雷達和ADAS。

 

保護相機子系統(tǒng)

 

在音視頻設備中，多個攝像機可提供基本的前向和后向視覺，并協(xié)同工作以提供深度感知，通過CCD / CMOS圖像傳感器將可見光轉換為電信號，以發(fā)送給通信和控制電路。攝像機子系統(tǒng)中的電路塊如圖2所示。需要保護組件的關鍵是與外部電路連接的部分。

 

 

攝像機電源子系統(tǒng)需要保護免受三種潛在影響：過電流，高瞬變和ESD。保險絲提供過電流保護。設計人員可以選擇傳統(tǒng)的一次性熔斷陶瓷熔斷器，也可以選擇基于聚合物的正溫度系數(shù)（PPTC）可復位熔斷器。兩種組件均可滿足汽車要求的寬溫度額定值。

 

如果發(fā)生過電流情況，PPTC的優(yōu)點是無需更換。該專用保險絲因為過電流產生的熱量而實質上增加了電阻。消除過電流后，PPTC恢復到低電阻并重置電路。兩種組件都有表面貼裝封裝，以節(jié)省寶貴的PCB空間。

 

除了過電流之外，電源電路還需要保護，以防止由車內電源（例如，電動機通電和斷電）引起的電壓瞬變。該電路必須能夠承受ISO 7637和16750標準定義的瞬變。兼容的組件包括瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管，它們可以安全地吸收脈沖1、2、3中指定的低能量瞬變和高能量瞬變。

 

收發(fā)器解決方案

 

為了避免災難性的故障（如果意外地使電源電壓極性反轉），設計人員可以在保險絲中串聯(lián)一個肖特基二極管。在提供反極性保護的同時，二極管的低正向壓降對電源性能的影響最小。

 

CAN協(xié)議收發(fā)器需要針對ESD，快速電氣瞬變和其他過電壓瞬變的保護。二極管陣列具有30 kV空氣和30 kV接觸放電能力，具有很高的ESD魯棒性。這些設備用于幫助設計人員滿足道路車輛ESD的ISO 10605標準。此外，憑借約15 pF的電容和1 µA以下的泄漏電流，二極管陣列不會干擾協(xié)議傳輸。這些器件可在-40°C至+ 150°C的溫度范圍內工作，以適應汽車環(huán)境。

 

推薦的用于保護CAN收發(fā)器的電路如圖3所示。一個兩通道二極管陣列既保護高線又保護低線。單個保護組件有助于降低生產成本。像CAN收發(fā)器一樣，以太網收發(fā)器也需要ESD保護。二極管陣列和聚合物ESD抑制器可以為高速差分數(shù)據(jù)線提供必要的保護。這些二極管陣列可提供高達±30 kV的ESD保護，并可以在單個封裝中保護差分線對，以節(jié)省空間。還可以提供0402版本作為分立組件，以實現(xiàn)PCB板布局的靈活性。

 

 

在電容必須絕對最低的系統(tǒng)中，可以考慮使用0.04pF的聚合物ESD抑制器（AXGD1系列）。電容低不會阻礙1 Gbit以太網的傳輸速率。與OPEN Alliance以太網組織的建議一致的配置和組件示例如圖4所示。

 

 

最重要的電路是圖像傳感器——一種雙極性，低電容保護組件。該二極管可承受高達±30 kV的ESD沖擊，泄漏電流極低（典型值低于10 nA），電容約為0.35 pF。為了節(jié)省空間，該ESD二極管采用1.0mm x 0.5mm超小尺寸SOD882封裝。

 

保護相機子系統(tǒng)的四個與外部電路和外部環(huán)境連接的電路塊，將確保一個強大，可靠的可見光檢測系統(tǒng)。盡可能在電路輸入附近使用推薦的組件以避免多余的能量損壞關鍵電路。

 

保護雷達子系統(tǒng)

 

雷達子系統(tǒng)為重要的前方和后方行人檢測以及避免碰撞功能提供信號輸入。如圖5框圖所示，雷達子系統(tǒng)電路具有兩個DC電源。低噪聲電源為模擬雷達發(fā)射機和雷達接收機電路模塊供電。常規(guī)電源為邏輯和通信電路供電。像攝像機子系統(tǒng)電源一樣，雷達子系統(tǒng)電源也需要過流保護，瞬態(tài)浪涌保護，反極性和ESD保護。

 

 

多種產品可以保護電源免受過電流和反極性的影響。同樣，設計人員可以選擇傳統(tǒng)的表面貼裝保險絲或PPTC自恢復保險絲。兩個電源的輸入線串聯(lián)的低正向電壓肖特基二極管將為電源和所有雷達子系統(tǒng)電路塊提供反極性保護。設計人員應在每個電源的輸入處為單個電源提供浪涌保護。

 

TVS二極管是推薦的電涌保護組件。設計人員根據(jù)瞬態(tài)功率額定值（低功率瞬態(tài)為400W / 600W，高功率瞬態(tài)為1,500W至7,000W）選擇TVS二極管來保護電源。波形發(fā)生器和模擬前端分別是雷達發(fā)射機和雷達接收機的一部分。它們與發(fā)射器和接收器模塊分開（圖5中），因為在發(fā)射器輸出和接收器輸入模塊上添加保護組件會改變其發(fā)射和接收阻抗。保護元件可以保護盡可能多的電路。

 

與相機子系統(tǒng)中推薦用于圖像傳感器的ESD二極管類似的雙極組件，將提供必要的ESD保護。與攝像頭子系統(tǒng)一樣，雷達子系統(tǒng)將其信息傳輸?shù)杰囕v的中央處理子系統(tǒng)。雙極二極管陣列為CAN I/O線的高側和低側均提供ESD保護。以太網收發(fā)器可以使用二極管陣列或聚合物ESD抑制器來最大程度地減少信號失真，并且不會影響以太網傳輸速率。

 

保護ADAS通訊和控制

 

信號處理、通信和控制子系統(tǒng)（圖6）用來操作車輛。它必須是健壯，可靠和確保功能安全的。該電路必須識別出正在行駛的其他車輛，遇到危險時則需要快速停車，并且需要對故障傳感器做出安全響應。故障安全固件至關重要，但能夠承受瞬態(tài)能量沖擊的硬件也至關重要。向控制器提供信息的所有電路模塊都需要防靜電保護。

 

電源需要過流保護、電涌保護和反極性保護。此電源的保險絲可以位于模塊內，也可以位于車輛低壓接線盒的更上游。通過其浪涌功率額定值選擇的TVS二極管可提供必要的浪涌瞬變保護。與電源輸入線串聯(lián)的肖特基二極管可提供反向電壓極性保護。

 

每個通信鏈路都需要針對每個端口的獨特性能和配置而設計ESD保護。下表列出了ADAS通信和控制子系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議及其不同的數(shù)據(jù)速率。設計人員可以從各種具有獨特特性的二極管陣列和聚合物ESD抑制器中進行選擇，以保護每個通信鏈路，不會影響其數(shù)據(jù)速率或其高至低電壓差。

 

 

直接連接至DSP電路模塊的任何信號線均應具有ESD保護。設計人員可以使用二極管陣列或聚合物ESD抑制器，為高信號線和低信號線提供雙極性保護。設計人員擁有廣泛的組件，可以用來保護電路免受上述潛在壓力的影響。選擇符合AEC-Q合格組件既可以加快對標準認證機構的遵守，同時又使設計人員相信這些組件將提供必要的保護級別。