2014 四月

用于汽车以太网的共模扼流圈

加速电磁干扰抑制技术的发展

以太网正逐步成为汽车高速多媒体信息娱乐的首选网络协议。TDK的共模扼流圈专为汽车总线系统(比如CAN、FlexRay以及以太网)而设计,具有一流的噪音抑制功能和行业内最小的体积。

随着卫星导航系统、多媒体娱乐系统和高级驾驶辅助系统在车辆中的日益普及,人们对汽车总线的要求也在不断提高,尤其是在数据传输率方面。CAN的数据传输率可以达到 1Mbit/s,是用于连接动力锁、座椅、照明灯、空调和仪表板等电控单元的成熟总线系统。FlexRay的传输率可达到 10Mbit/s,非常适合连接安全和传动系应用,如ABS系统、电动助力转向系统、传动装置和发动机电控单元等(如图1)。

图1:用于汽车总线系统的TDK共模扼流圈

车辆多媒体和娱乐系统通过以太网来联网,包括驾驶辅助应用中的摄像头以及导航系统。

然而,这些汽车总线系统的设计无法满足新兴多媒体信息娱乐应用所提出的高速数据传输要求。而且,目前广泛使用的各种网络系统从本质上而言属于网络孤岛,各有各的布线和控制系统,无法实现互操作。以太网带给汽车厂商的优势在于它可以作为各种网络的主干,从而实现更为简洁的网络架构。

鉴于上述原因,众多全球主流汽车厂商和汽车电子元件供应商们都在推广基于以太网的网络架构,使之成为汽车网络应用的连接标准。以太网已然成为了计算机、外设、通讯设备和多媒体设备不可动摇的网络协议。

扩展灵活,传输速率高达 100Mbit/s

以太网支持高达 100Mbit/s的数据传输率,正迅速成为汽车多媒体信息娱乐应用的网络协议。它在汽车的一些诊断功能上已有所应用。而且,以太网可以用来打造可扩展的解决方案,以满足汽车内部网络不断增长的带宽需求。毕竟,未来的汽车将不仅需要提供用于换道的高质量摄像技术,而且还必须支持通过WLAN、UMTS和LTE网络连接智能手机和平板电脑来进行高速通信。

随着越来越多的应用和设备在车内联网在一起,OEM厂商们也将目光转移到布线系统的尺寸和重量上。汽车以太网的一个最具吸引力的特点是使用轻型非屏蔽双绞线 (UTP)。使用汽车以太网后,汽车厂商们可以大幅降低汽车内部布线系统的尺寸和重量,从而提升汽车的能效。

电磁兼容挑战

电磁干扰(EMI)抑制已成为电子信号和数据传递、接收和处理领域的主要难题。汽车以太网通过电缆或线束将现代系统的各个功能模块互连在一起,具有极高的信号传输速度。然而,可靠的高速数据传输需要兼顾高噪声抑制和低数据信号衰减。此外,UTP布线需要特殊的电磁兼容措施。因此,在共模噪声抑制方面,新型汽车以太网标准的技术规格比CAN和FlexRay的要求明显更为严格。

位于控制单元I/O接口处的共模扼流圈起到抑制共模噪声的作用。它们是抑制控制单元物理芯片的辐射噪声发射以及保护芯片不受外来噪声干扰所不可或缺的。

图2:共模扼流圈在汽车以太网中的功能

共模扼流圈保护电控单元不受输入EMI的干扰,并抑制非屏蔽双绞线 (UTP) 布线上的辐射噪声发射。

卓越的共模噪声抑制性能

为满足汽车以太网的高规格要求,TDK发布新型ACT45L系列共模扼流圈,进一步扩展专用于汽车信号线的ACT系列。该产品拥有当今一流的共模噪声抑制性能。当噪声衰减越高,共模扼流圈的性能就越好。凭借TDK的先进技术,ACT45L的噪声抑制性能为15db至25db,在高达100MHz的宽频率范围内优于以往产品(如图3)。其额定电感为200µH,工作温度范围为−40°C~+105°C。

图3:TDK ACT45L系列的共模噪声抑制性能

新TDK ACT45L系列的共模噪声抑制性能(平衡参数)明显优于要求。在高达100MHz的宽频率范围内,该扼流圈性能位于15dB至25dB之间,优于以往型号。

业内体积最小的汽车以太网共模扼流圈

小型化的ACT45L系列的封装面积为4.5mm × 3.2mm,插入高度只有2.8mm,是当前市面上体积最小的汽车以太网共模扼流圈。与同类技术相比,新型扼流圈的封装面积缩小73%,体积相应的减少84%(如图4)。

图4:业内体积最小的汽车以太网共模扼流圈

TDK ACT45L采用先进的材料和自动卷绕工艺,体积远小于采用传统材料和手工卷绕工艺的产品。

专为全自动化生产工艺而设计

新型ACT45L系列可通过全自动化生产工艺来制造(如图5)。该工艺先从一个镍锌铁氧体材质矩形线圈架(DP型磁芯)入手,然后在上面添加两个自动卷绕绕组和端子电极。最后,使用耐高温防潮粘合剂将一块铁氧体板(SP型磁芯)粘接到DR磁芯上,从而形成闭合磁路。最终形成高度可靠、质量稳定并符合AEC-Q200标准的一个新系列汽车元件。

图5:专为全自动化生产工艺而设计

TDK ACT45L系列专为全自动化生产工艺而设计。在矩形DR磁芯上添加两个绕组和端子电极后,使用耐高温防潮粘合剂将一个SP磁芯粘合到上面。

种类齐全的汽车总线系统扼流圈

该新产品是TDK不断扩大、高度通用的汽车网络高性能EMC元件产品线(见下表)的一员。近期,TDK分别发布了针对CAN and FlexRay的小型化ACT1210系列,扩展了现有ACT45B和ACT45R系列CAN和FlexRay共模扼流圈。这类扼流圈尺寸紧凑,仅为3.2mm × 2.5mm × 2.4mm,堪称是业内体积最小的产品。其封装面积比以往型号减少近45%,而体积则不到其一半。这些产品的工作温度范围也很广泛,为−55°C~+150°C。

表:用于汽车总线系统的TDK共模扼流圈系列

系列ACT45L(新品)ACT45R ACT45B ACT1210(新品)
应用汽车以太网FlexRayCANCAN / FlexRay
尺寸 [mm]4.5 × 3.2 × 2.83.9 × 2.5 × 2.5
最小共模阻抗 [Ω]10000 ***2200300 - 2000300 - 2200
共模电感 [µH]20010011 - 100
最大直流电阻 [Ω]4.51.50.6 - 2.00.4 - 1.5
最小绝缘电阻 [MΩ]10
最大额定电流 [mA DC]1000.20.15 - 0.25150 - 300
最大额定电压 [V DC]5080

在10MHz时
在100kHz时(+50/–30百分比)
***参考值,非规格值

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