以及时准确的产品开发,推动车载网络进步的村田车载电感器产品(后篇)

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在前篇中,我们提到了CASE时代的汽车中装有大规模、复杂、高速的车载网络,为了使其在保证安全性和可靠性的前提下运行,需要达到一定的技术水平。目前,村田制作所(以下称"村田")通过提供电感器产品,正在为车载网络的发展,以及安全性、可靠性的保障方面作出贡献。在后篇中,我们从村田开发及提供的车载电感器产品中着重选择了两类产品,并询问了这些产品的优势及今后发展的方向性。这两类产品分别是防止电子控制系统进行错误操作的静噪元件之一——共模扼流圈(CMCC),以及可减少电缆数量的PoC滤波器。

在静噪元件的小型化和高品质的大量生产方面具有绝对优势

⸺车载网络中使用了哪些用来提高可靠性的静噪元件呢?

车载网络的数据中掺杂的噪声分为“正常型噪声1)”和“共模噪声”两种类型。去除正常型噪声时使用铁氧体磁珠*2)、电容器、电阻等,而去除共模噪声时则使用CMCC。

共模噪声在电缆或接口等处的差动信号出现相位偏移时产生。车载网络经常要处理差动信号,因此较常用到CMCC。村田可提供针对CAN/CAN-FD和车载以太网等各种符合车载网络规格的产品。

正常模

(a)正常模

共模

(b)共模

⸺村田的车载静噪元件具备哪些特征和优势呢?

图4

在小型化方面,我们具有不输给其他任何产品的优势。在针对车载网络之一——CAN*3)的CMCC方面,一直以来都是在环状磁体上缠绕铜线的大型环形产品和4532(4.5×3.2mm)尺寸的自动绕线式产品占据了主要地位。现在,村田已经开发出了3225(3.2mm×2.5mm)尺寸的自动绕线式产品,并率先投放到了市场。

此外,我们认为村田在维持高品质的基础上大量生产产品方面也具备了优势。村田在家用产品市场方面拥有在维持高品质的前提下稳定生产大量CMCC的实绩,其数量远远超出用于车载的CMCC。今后,随着车载网络的高性能化以及利用范围的扩大,使用的CMCC数量想必也会激增。我认为大量供应推动小型化的CMCC是时代赋予村田的使命。

开发独家工艺,提高CMCC的重要特性

⸺汽车功能愈发倾向于高性能化,车载网络也将不断发展。在这样的技术发展趋势下,对于静噪元件有哪些技术方面的要求呢?

我认为,针对CAN和以太网的CMCC不仅需要降低损耗,其被称为模式变换的特性也将更加受到重视。模式变换特性是指正常型噪声变换为共模噪声的量,数值越小,就表示共模噪声越不容易产生。

CMCC由两条线圈组合而成,为了优化模式变换特性,就需要提高这一对线圈的对称性。村田目前已经成功改良了线圈设计和绕线方法,提高了线圈对称性。

⸺今后,在车载CMCC方面将沿着怎样的方向推进技术开发呢?

对于针对CAN和以太网的CMCC,为了应对新型车载网络规格,我们正在探讨元件构造和材料这两个方面的工作。对于村田在小型化方面的强项,我们也会对网络规格和市场动向给予关注并采取相应措施。

合并连接摄像头的信号线和电源线,推动车身轻量化

⸺接下来将就简化车载网络结构的电感器产品——PoC滤波器进行询问。PoC滤波器这一电子元件在车载网络中究竟发挥了怎样的作用呢?

PoC滤波器是减少构建车载网络的电缆数量所不可或缺的电子元件。

配备有高级驾驶辅助系统(ADAS)的汽车或无人驾驶汽车中安装有多台摄像头,用于收集判断行驶环境的信息。这些摄像头上连接了用于传输信号的信号线和用于提供电源的电源线。将这两条线合并,并通过一条同轴电缆同时传输信号和电源的技术即PoC,而分离数据信号和电源时所使用的电感器产品则是PoC滤波器。PoC滤波器的作用,在于利用低频信号容易通过,高频信号难以通过的电感器特性,使低频直流电源通过,并同时屏蔽高频数据信号。

在车载网络中,用于传输影像信号之类的大容量数据的SerDes*4)中就采用了PoC技术。其原理是在信号线中安装电容器,仅让数据信号通过,而在电源线中则安装电感器,以防止高频信号入侵。通过在SerDes中运用PoC,可减少电缆数量并控制重量的增加。

传统方式

传统方式

PoC系统

PoC系统

⸺对于在针对SerDes的PoC滤波器中使用的电感器,开发时需要注意哪些事项呢?

图7

在PoC滤波器中,需要所使用的电感器具备阻抗随传输数据信号的频率而增高的特性。但是,SerDes所需要的电感器的频段从MHz宽至GHz,因此就必须实现宽频段下的高阻抗。
与普通电感器相比,村田的PoC滤波器中的电感器可在相同尺寸的条件下,确保更宽频段下的高阻抗。

追求应对更大的电流及更宽的信号频率

⸺不难想象,为了实现ADAS的高性能化和无人驾驶汽车,将有各种各样的传感器和电子元件被安装到汽车中。顺应这一技术发展趋势,在PoC滤波器方面你们将如何作出应对呢?

连接摄像头的SerDes的消耗电流有几百mA左右,但如果汽车中的PoC用途实现多样化,消耗电流就有可能增加。并且,今后如果通信速度进一步提升,信号的频率范围想必也会变得更宽。这就需要用于PoC滤波器的电感器在今后具备可以应对更大电流、更宽频带的性能。

同时,还需要实现PoC滤波器的小型化。要想实现PoC滤波器的小型化,就需要减少电感器或电阻等元件的数量,或者缩小元件体积。如果减少元件数量,就必须扩大每个元件可以应对的频率范围。而如果缩小元件的体积,就必须先确立能够在维持同等特性的条件下缩小体积的技术。用于PoC滤波器的电感器的开发工作面临着需同时兼顾高性能化和小型化的难题,而村田则将在技术开发过程中着重应对这一点。

⸺应对更宽范围的频率并且同时实现小型化应该相当具有难度。要实现这一点似乎需要花上相应的时间。与此同时,车载网络目前正在飞速发展。对于目前的技术需求,你们是如何应对的呢?

对于PoC滤波器的性能要求是非常严格的,的确,单独一个元件要想达到这一要求都是极其困难的。通常情况下,会将多个电感器和电阻结合,组成具有理想特性的PoC滤波器。为此,我们已准备了从支持低频率的大型产品,到支持高频率的小型产品等具备支持宽频率范围特性的电感器产品。此外,村田还计划在PoC滤波器的设计辅助工作上投入精力。我们正在考虑准备相应工具,以通过特性仿真,得出可满足特性需求的超合适的电感器组合方法。

* 目前,村田已对外公开了“偏置T电路的电感器选择支持工具”。

左起:管理负责人后藤、高级产品工程师菊地

左起:管理负责人后藤、高级产品工程师菊地

静噪等技术的进步,是运用AI等先进技术的必要条件

对于顺应CASE趋势的汽车革命,为了将无人驾驶汽车的大脑——人工智能(AI)和被称为电力汽车的心脏的变频器、电池等先进技术实际安装到汽车中,就必须备好各种周边技术。通过村田的车载电感器产品实现的、针对车载网络的静噪措施和PoC等,正可谓运用先进技术时不可或缺的代表性周边技术。

为了将先进的车载网络率先安装到汽车中,并在初期将产品投放到市场,就需要提前备好静噪元件等。可以说,CASE时代的汽车的进步,离不开村田的静噪元件和PoC滤波器的进一步升级。在用于智能手机的电子元件领域,村田的电子元件的进步已经达到了可以推动终端整体进步的水平。对于CASE时代汽车的进步而言,同样必不可少的村田电子元件将备受期待。

备注说明:

*1)正常型噪声是噪声源与信号源串联时产生的噪声。噪声会通过信号线传输到电脑等中。

*2)铁氧体磁珠是将高频噪声转换为热损失后再将其去除的电子元件,呈将导线穿过用磁性材料——铁氧体制成的磁珠的构造。电流流过导线时,铁氧体磁珠就会产生磁通,起到电感器的作用。通过利用在高频段损耗较大的铁氧体,可有效吸收高频噪声。

*3)CAN(Controller Area Network)是德国Robert Bosch公司在1983年开发的车载网络规格。作为行业标准技术,该规格已被大多数汽车制造商运用于引擎、制动控制和故障诊断等方面。由于具有针对噪声的高健壮性以及优异的错误检测机制,因此在诸多车载网络规格中,该规格多用于注重高可靠性的部分。

*4)SerDes(Seralizer/Deserializer)即串行总线和并行总线互换的电路。在高速网络中,将内部通过并行总线传输的电子元件串联时会用到SerDes。

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