汽车PoC系统的浪涌保护需求

对于汽车同轴电缆供电 系统，需要强大的浪涌保护，以保护敏感电子设备免受车辆环境中存在的各种破坏性电压瞬变的影响。保护系统必须解决来自车辆电池、静电放电 （ESD） 事件和其他潜在电气故障的危险。

除了 PoC 模块之外，还需要强大的浪涌保护来保护摄像头和显示器等连接设备。电压浪涌通常根据浪涌电压水平和浪涌长度分为五类（图 1）。

图 1.五种常见电压浪涌类型的比较。（图片：松下)

汽车电气系统可能特别嘈杂，从而创造出独特的挑战性浪涌环境。PoC 系统可能会受到汽车特定类型的浪涌的影响：

• 负载突降是一种高能量浪涌，当交流发电机运行时汽车电池断开时就会发生。

• 电磁阀和电机等大负载的感应开关可能会在整个电气系统中产生显着的电压尖峰。

• 发动机启动可能会导致电池电压快速下降和随后激增。

• 由人体 （HBM）、带电元件 （CDM） 或带电工具引起的 ESD 事件可能会引入高压尖峰，从而损坏敏感的集成电路。

• 雷击等外部事件不太常见，但仍需要保护装置。

缓解这些众多威胁需要多层方法和一套组件。与其他汽车电子产品一样，用于浪涌保护的器件应满足 AEC-Q101 汽车可靠性标准的要求。

瞬态电压抑制 （TVS） 二极管用于箝位高速浪涌并将能量分流到地。过压保护IC可用于将SerDes中的低压电路与电源线上的高压尖峰隔离开来。此外，还必须提供反向电池保护。

同轴电缆的两端都需要浪涌保护。例如，可以安装针对 PoC 应用进行优化的在线电涌保护器，以保护电缆和设备免受浪涌的影响。

专用的 PoC 滤波器用于防止电源线上的任何浪涌干扰高频数据传输，并将直流电源与数字数据信号分开。 

除了外部浪涌源外，PoC SerDes 设计中还有两种常见的噪声转换路径。路径 （1） 是噪声从电路板 GND 和电缆屏蔽层传输到信号线。路径（2）包括从路径（1）到电源层的噪声耦合和向电源电缆传输噪声。

可以在信号和接地之间添加共模扼流圈 （CMC） 以解决路径 （1） 上的噪声，在电源线和接地线之间添加共模扼流圈 （CMC） 以解决路径 （2） 上的噪声（图 2）。与不使用 CMC 相比，使用正确的 CMC，在 30 至 1,000 MHz 范围内的噪声可以降低 20 dB 或更多。

图 2.PoC 噪声路径 （1） 和 （2）（顶部）以及路径 （2）（第 PLT5BPH5013R1SN 部分）和路径 （1）（第 DLW21SH391XQ2 部分）的 CMC 放置（底部）。（图片：村田)

电缆屏蔽和浪涌保护装置仍然是满足 PoC 系统浪涌保护需求的重要工具。但随着工作频率的不断攀升，这些传统解决方案可能变得不够用。

例如，FPD-Link III 的运行速度高达 4 Gbps，GMSL3 的运行速度高达 12 Gbps。这些频率需要更复杂的滤波和保护方案，因为标准电感器可以开始像电容器一样运行。

在PoC滤波器中，铁氧体磁珠用作共模扼流圈，以抑制高频噪声。由软铁氧体材料制成的磁珠在滑过同轴电缆时，会产生一个滤波器，该滤波器对高频噪声具有高阻抗，但对直流电源和低频信号具有低阻抗。

汽车 PoC 系统的浪涌保护必须按照多项汽车标准的规定进行测试和验证。这些标准涵盖初始系统测试和定期性能检查：

• ISO 7637-2 定义了模拟汽车配电系统中开关和耦合现象产生的传导电瞬变的测试脉冲。

• ISO 16750-2 规定了电气负载的测试，包括电源电压性能、过压和反向电压条件。

• ISO 26262 要求定期检查汽车系统中的潜在缺陷。PoC 系统应包括自动执行这些定期检查的能力。

汽车电气环境可能特别嘈杂，这使得浪涌保护成为 PoC 系统设计的一个重要方面。有一些特定的组件可用于实现 PoC 浪涌保护。PoC SerDes 组件包括实施浪涌保护时必须考虑的两条路径，并且解决方案必须满足多个 ISO 标准的要求。