关于实现增强式 eCall 汽车设计，工程师需要了解什么

本文作者 David Watson，Qorvo 高级营销经理

   

 

 

面对复杂的系统设计挑战，工程师们一直在努力寻求最简单的解决方案，汽车应用领域的 eCall 设计也不例外。在本文中，我们将回顾系统设计人员如何进行汽车应用设计，以及新型 eCall 解决方案如何优化整个平台。我们还将分享一些射频设计专业知识和集成解决方案，帮助应对 eCall 应用中一些严苛的产品挑战。

   

 

   什么是 eCall？

 

紧急呼叫 (eCall) 是欧洲的一种车辆紧急呼叫系统，可在交通事故中提供快速援助。其目标是保障生命安全、减轻伤害以及减少财产损失。以下是它的工作原理：当发生事故时，它会通过车辆的传感器自动激活紧急呼叫或 eCall。然后，该系统会自动打电话给欧洲急救服务 112 呼叫中心。一条电话线将接通急救中心，通过全球定位系统发送事故确切位置的详细信息。接下来，紧急调度中心会向该地点提供适当的援助。

 

自 2018 年起，在欧盟销售的所有汽车和货车都必须安装 eCall 系统。其基本理念就是缩短应急响应时间，减少伤亡等事故。据 Thales Group 称，该系统可将城市地区的响应时间缩短 40%，郊区则为 50%。此外，它还可以将事故死亡人数减少 4% 或以上，重伤人数则可减少 6%。

 

从可靠性角度来看，eCall 系统必须具有灵活性，因为当事故发生时，电池的电源线可能会被切断，电子设备可能会断开连接或损坏。因此，需要小型电池之类的备用电源，以便 eCall 系统能够在恶劣环境条件下有效运行。

 

   传统的紧急呼叫方法

 

传统的 eCall 系统有多个开关，以便向多个天线提供射频路径。这些开关需要匹配和电源电路才能运行，这意味着设计可能会耗费大量时间，其外形尺寸可能会很大，且射频差损大。此外，对于多天线布局，在配置开关阵列的同时实现设计灵活性可能会比较复杂。

 

以下是传统设计方法面临的一些挑战：  

 

 

• FR4-PC 板材料要求精心匹配，从而会增加插入损耗，降低性能。

• 额外的匹配和电源电路会提高系统的散热温度，从而限制系统的整体性能。

• 当针对不同的天线配置来配置开关阵列时，设计灵活性就会受到限制。

• 与非双卡双通 (DSDA) 相比，在实现更高端设计的通用布局方面，DSDA 受到了传统 eCall设计的限制。

 

图 1 为使用分立式开关的传统 eCall 设计。图中有多条射频路径，这意味着系统工程师必须精心地匹配每一条路径，以优化设计。此外，图 1 还展示了此类系统的复杂性，因为每个信号都需要针对每条路径进行多个数字 GPIO 控制（GPIO - 通用输入/输出）。这种传统设计需要对功分器的PC 板进行精心设计或增设外部功分器，以满足适当的布局和更低的射频损耗需求。

 

 

图 1：传统 eCall 开关架构示例

 

   通过集成应对挑战    

 

通过在一些射频路径上实现简单集成，可轻松地解决复杂性问题。虽然这种方法明显减少了一些复杂性、路径损耗和匹配挑战，但对您的设计改进没有很大帮助。如图 2 中所示，集成一些开关确实有助于减少匹配，因此无需使用许多 GPIO 控制，可以用更少的 MIPI（移动产业处理器接口）控制来代替，并减少开关的数量。这种方法还可以节省成本，尽管与完全集成的方法相比，实现的成本节省非常少。

 

 

图 2：具有一定集成度的 eCall 开关架构示例。

 

如图 3 和图 4 所示，采用完全集成的方法，除了实现图 2 所示集成之外，还可以提供更多改善功能。图 3 采用 DSDA 开关选项架构，减少了前端匹配和射频损耗，并使用一个 RFFE MIPI 控制，将所有分频器集成在一个封装内，减少了材料成本和设计时间。

 

 

图 3：完全集成的 eCall 开关架构示例 — 使用引脚兼容的可选 DSDA (QPC1252Q)。

 

图 4：完全集成的 eCall 开关架构示例 — 使用非 DSDA (QPC1251Q) 路由开关。

 

图 4 所示设计与图 3 类似，但未集成 DSDA 开关选项架构。然而，它仍需要少量的射频前端匹配，以便实现图 3 所示的所有优势。

 

   Qorvo 扩大汽车 eCall 解决方案组合，以改善紧急通信

 

Qorvo 面向 eCall 的高性能宽带天线开关，有助于确保事故发生后与救生服务保持连接。利用这些开关，车辆的主蜂窝信号能够自动中继（或热切换）至未受损的汽车天线，以寻求帮助。

 

Qorvo 汽车系列产品新增了 QPC1220Q 高线性度宽带双刀四掷 (DP4T) 天线切换开关，它的工作范围完全符合 AEC-Q100 2 级汽车认证要求。它具有高达 +34dBm 的热切换能力，非常适用于所有远程通信控制单元 (TCU) eCall 和天线切换配置。此外，它还可以减少高达1dB 的插入损耗，从而尽可能提高传递到外部 eCall 天线阵列的有效功率，即使在信号覆盖受限的区域，也可以实现更好的蜂窝和 5G 连接。

 

紧凑型设计可节省高达 35% 的电路板空间，而传统设计需要四个或以上的分立式开关，并需要进行相关匹配及耗费数月工程资源。这可简化并加快多模、多频段系统的电路板设计。

 

 ……我们将继续与客户合作，满足其复杂的设计需求，帮助客户打造高品质汽车。

 

在 eCall 解决方案中使用完全集成的 QPC1251Q 和 QPC1252Q，可进一步简化设计，只需一个芯片即可代替 5 个独立开关完成相关工作。这种设计方法可用于 4G 和 5G 芯片组，无需使用多个开关，降低了系统总功耗，同时允许汽车制造商连接主天线和辅助天线。在 DSDA 或非 DSDA 解决方案中使用这两种高度集成组件的益处包括：

 

• 灵活的单组件解决方案

• 设计简单的解决方案，支持复杂的 eCall 天线路由

• 无需使用多个开关，也无需在 TCU 模块上进行射频匹配

• 可实现灵活的开关控制

• 提供出色的插入损耗和隔离性能

• 高线性度和低功耗

• 适用于 5G 应用（高达 6GHz）的宽带解决方案

• 集成式分频器，无需使用外部 PC 板或分立式分频器

• 完全符合 AEC-100 2 级认证要求的解决方案

 

从电子设备角度来说，我们的汽车越来越复杂，基本上成为了一种新型移动设备。随着射频连接基础设施日益普及，我们的汽车将更加安全，彼此之间以及与我们现有无线生态系统之间的连接也更加紧密。天线电子设备的集成将有助于加快实现这种移动连接。Qorvo 等半导体公司正努力与汽车制造商和标准机构合作，以提供高度集成的解决方案，帮助汽车系统工程师满足新一代设计的需求。利用集成式 eCall 开关系统解决方案，我们将继续与客户合作，满足其复杂的设计需求，帮助客户打造高品质汽车。

 

Bluetooth 字标和标识是Bluetooth SIG, Inc. 的注册商标，Qorvo US, Inc. 在获得许可的情况下使用这些标识。其他商标和商号分别归属于各自所有者。

 

 

 

下载电子书《汽车的未来设计指南》

 

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原文标题：关于实现增强式 eCall 汽车设计，工程师需要了解什么

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