Diseño de referencia T-Box y soluciones para Internet de los Vehículos

Arrow Electronics lanza un diseño de referencia de telemática comprobado

La tasa de penetración de T-Box en el mercado automotriz está creciendo rápidamente, del 28.7% en 2018 al 32.5% en 2019. Se estima que alcanzará el 43% en 2020 y el 95% en 2025, convirtiéndose en un equipo estándar para los automóviles. Los factores clave son la inteligencia y los ingresos por software y servicios para automóviles. Además, el auge de la red 5G también catalizará el Internet de los Vehículos y la conducción autónoma. 5G+V2X se convertirá en productos de próxima generación y la seguridad de la información será más importante.

Europa adoptó el estándar C-V2X en septiembre de 2019 y los Estados Unidos aprobaron el estándar C-V2X en noviembre de 2019. China también adoptó C-V2X como el único estándar de comunicación telemática en enero de 2020, y comenzó a desplegar unidades de carretera (RSU) a pequeña escala en todo el país. Las OBU a pequeña escala (4G+C-V2X) entrarán en la etapa de prueba hasta finales de 2021. Se estima que entre 2021 y 2025, 4G/5G combinado con C-V2X coexistirán. En 2025, 5G+V2X se desplegará a gran escala; el posicionamiento de alta precisión y los mapas serán más importantes.

El Internet de los Vehículos puede dividirse en vehículos, carreteras y la nube. En la actualidad, Arrow Electronics ya puede proporcionar diseños de referencia para T-Box, OBU, RSU y Cámaras, y lanzará una aplicación móvil a principios de 2021 para superar la inestabilidad de la señal 4G(LTE).

Arrow Electronics lanzó diseños de referencia T-Box desde 2018, y la última solución T-Box combinó 4G con C-V2X para OBU (o RSU) en 2020. Se espera lanzar el diseño de referencia 5G+C-V2X OBU (o RSU) en la segunda mitad de 2021. Hoy en día, la versión 4G+C-V2X utiliza el procesador de aplicaciones NXP i.MX8QX para procesar el protocolo V2X, los módulos de comunicación Quectel AG35 y AG15, el microcontrolador S32K14X para gestionar los mensajes entre sistemas en el vehículo, junto con la protección de potencia y el supercondensador de Vishay como fuente de alimentación de respaldo, además del conector y antena de Molex para mejorar la fiabilidad y la intensidad de la señal RF.

Nuestro 4G+C-V2X OBU (o RSU) ensamblado por 3 placas, placa principal MCU, placa CORE y placa Wi-Fi. La placa principal MCU consta de módulos de comunicación Quectel AG35 y AG15, y la interfaz relacionada. La placa CORE tiene un procesador i.MX8 con SDK integrado y protocolo V2X. Ofrecemos licencias gratuitas y de pago de pilas de protocolos V2X probados en el sitio de pruebas de Wuxi, con comunicación confiable (500-800m), latencia muy corta de 50ms y capacidad de posicionamiento de alta precisión, así como características de arranque seguro y firmware over-the-air (FOTA). Plataforma en la nube y software de aplicación para la evaluación y simulación del producto, para reducir el tiempo de comercialización.

NXP proporciona potentes procesadores y microcontroladores de telemática

NXP ha introducido una serie de microprocesadores (MPU) y microcontroladores (MCU) para aplicaciones de telemática celular (C-V2X). Los productos abarcan los productos de la familia i.MX, principalmente los productos de la familia i.MX 8DX. Ya sea actualizando desde los antiguos productos T-Box o diseñando productos T-Box desde cero, i.MX 8DX es un SoC bastante adecuado.

Los procesadores i.MX incluyen principalmente los de gama alta iMX 8QuadMax, iMX 8QuadPlus, iMX 8DualMax, y los de gama media iMX 8QuadXPlus, iMX 8DualXPlus, iMX 8DualX, así como las versiones más recientes y de bajo costo iMX 8DXL e iMX 8SXL.

En comparación con el iMX 8DualX de gama media, el iMX 8QuadPlus/iMX 8DualX de gama alta cuenta con cuatro núcleos Cortex-A35/dos núcleos Cortex-A35, DRAM DDR3L/LPDDR4 de 32 bits, VPU 4K, dos conexiones Ethernet Gigabit habilitadas para AVB, una interfaz USB 3.0 y una interfaz USB 2.0, mientras que el iMX 8DualX tiene dos núcleos Cortex-A35, DRAM DDR3L/DDR4L de 16 bits, VPU 1080P, una conexión Ethernet Gigabit con una conexión Ethernet de 100 megabits y dos interfaces USB 2.0.

El recién introducido i.MX 8DXL/SXL omite el núcleo DSP y no admite GPU ni VPU, pero se refuerza en Ethernet. Cuenta con dos cables Ethernet de gigabit que soportan el protocolo AVB/TSN, con un rendimiento de seguridad mejorado. Disponible en un paquete pequeño, utiliza una placa de seis capas en lugar de una de ocho capas, y también se elimina la placa HDI para reducir el costo del BOM. Si los clientes necesitan USB 3.0, es adecuado elegir el iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus.

Para coincidir con el i.MX 8DXL/SXL del nuevo producto, NXP también ha introducido un chip de gestión de energía compatible. Anteriormente, se combinaba con un PF8100 o PF8101, mientras que el nuevo producto se combina con un PF7100 para proporcionar mayor potencia y eficiencia, minimizar EMC, optimizar el tamaño y cumplir con el estándar de aplicación ASIL-B.

Además, NXP también ha introducido un MCU S32K con SoC iMX, que admite una variedad de modelos y especificaciones. La memoria Flash varía de 128K a 8MB, la SRAM varía de 16K a 1152K, eDMA puede admitir hasta 32 canales, y está disponible una variedad de especificaciones de paquete compatibles y regulaciones de seguridad. En comparación con la serie S32K1, la serie S32K3 se actualiza a un núcleo M7 en eficiencia, admitiendo hasta cuatro núcleos, 320 MHz en frecuencia y 8MB en memoria desde 2MB. La función de seguridad admite no solo cifrado simétrico, sino también cifrado asimétrico. La función OTA también admite cambio A/B, retroceso de firmware, etc. Las regulaciones de seguridad compatibles están actualizadas de ASIL B a ASIL B/D. Ethernet también admite los protocolos TSN y AVB, así como CAN FD de 8 canales, y admite una interfaz I3C y mayor velocidad de transmisión. Disponible en un paquete MaxQFP específico de NXP, el tamaño se reduce hasta en un 65% en comparación con el paquete LQFP.

El supercondensador de Vishay proporciona suministro de energía de respaldo para aplicaciones de telemática

¿Qué es la energía de respaldo? Cuando la energía principal desaparece, el sistema cambiará a la energía de respaldo para reemplazar el suministro de energía. La energía de respaldo para vehículos generalmente se utiliza para reemplazar la energía principal cuando la batería principal deja de funcionar y proporcionar energía de respaldo y manejar trabajos posteriores como almacenar datos o transmitir datos a la plataforma en la nube. Si la energía de respaldo puede manejar dicho trabajo es especialmente importante.

Tomando un T-Box con entrada de 12V y salida de 3.3V hacia un chip central NXP S32K144 y un chip AG35 LTE4G como ejemplo, cuando se utiliza un supercondensador para diseñar la fuente de respaldo, hay dos enfoques. Uno es conectar directamente el supercondensador a 12V. Dado que el supercondensador suele ser de 3V o 2.7V, este enfoque requiere conectar múltiples supercondensadores en serie para cubrir todas las fuentes de energía, pero de esta manera, el valor de la capacitancia disminuirá. El otro enfoque es conectar el supercondensador a una fuente central de 3.3V. Dado que la mayoría de los sistemas han dejado de operar cuando ocurre un accidente, solo es necesario abastecer la fuente central, y el valor de la capacitancia será mayor, el costo será más bajo y el tamaño será menor. La desventaja es que algunos de los chips pueden necesitar ser elevados.

Tomando como ejemplo el funcionamiento de un sistema LTE, su voltaje de trabajo más alto es de 3V, el más bajo es de 2.5V, y cada descarga es de 2A, lo que toma 500ms. Según la fórmula, cada pulso requiere 71.4mV. Si se necesitan siete pulsos para completar la transmisión de datos, se requiere un total de 500mV. 3V menos 500mV es exactamente 2.5V, es decir, el voltaje de trabajo más bajo. Según la fórmula, se requiere un supercondensador con un valor de capacitancia de 14F. Vishay tiene una calculadora en línea. Con solo ingresar los parámetros relevantes mencionados anteriormente, puedes saber cuánto valor de capacitancia necesitas para tu supercondensador. También puedes acceder directamente a la hoja de datos del producto correspondiente como referencia.

El supercondensador también tiene dos diseños de circuito. El primero consiste en conectar el supercondensador a una fuente de 3.3V en el sistema, mientras que el segundo consiste en conectar el supercondensador en paralelo con la batería. En el primer método, el supercondensador puede cargarse siempre que exista la fuente de 3.3V en el sistema. Cuando desaparece la alimentación principal, el supercondensador asumirá la descarga hasta que descienda a 2.5V. Con un valor de capacitancia mayor, cuando se restaure el 3.3V, el supercondensador puede cargarse automáticamente, sin demasiada intervención manual y con un voltaje de soporte más bajo. En el segundo método, el supercondensador se conecta en paralelo con la batería, por lo que se necesitan más supercondensadores conectados en serie, lo que resulta en un valor de capacitancia más pequeño, un voltaje de soporte más alto, un tamaño más grande y una corriente de irrupción a manejar.

Vishay ofrece principalmente dos series de supercondensadores para aplicaciones V2X, a saber, las series 220ED2C y 230EDLC-HV. El 220ED2C tiene un voltaje nominal de 2,7V y el 230EDLC-HV tiene un voltaje nominal de 3V. El 230EDLC-HV proporciona valores de capacitancia nominal que van desde 8F hasta 60F, puede ser utilizado durante más de 1000 horas a 85℃ y puede cargarse y descargarse rápidamente. Además, los supercondensadores pueden operar a baja temperatura a través de un sensor de temperatura NTC y calentamiento mediante resistor de película gruesa, y ambas series cumplen con la certificación del estándar automotriz AEC-Q200.

Molex ofrece conectores FAKRA estables para vehículos

Para aplicaciones de telemática, se debe adoptar un conector estable para garantizar el funcionamiento estable del sistema. El conector FAKRA de Molex es la solución más adecuada. En su significado original en alemán, FAKRA significa experto en automóviles. Los conectores FAKRA se originan en la interfaz del conector RF SMB, y su denominación correspondiente es diferente a la de otros conectores, por ejemplo, el jack se denomina contacto macho y el plug se denomina contacto hembra.

Existen principalmente cuatro tipos de conectores de señal en automóviles, incluidos el enlace coaxial que utiliza conectores FAKRA, enlace de fibra óptica, enlace eléctrico blindado (como USB y LVDC) y enlace inalámbrico (como las antenas). FAKRA se utiliza principalmente para la conexión de mapas y sistemas de navegación, televisión y pantallas de video, radiodifusión de señales digitales, teléfonos inteligentes, entrada sin llave y arranque, detección de presión de neumáticos, precalentamiento del volante/asientos, control de distancia y sistemas de frenado automático.

Las conexiones FAKRA tradicionales en automóviles utilizan 11 colores y códigos correspondientes. Por ejemplo, el código C es una línea azul, conectada a sistemas GPS, el código E es una línea verde, conectada a la línea de señal de TV 1, y a menudo se usa para invertir una imagen. La nueva generación de conectores FAKRA agrega tres códigos y colores, a saber, el código L es rojo carmín, el código M es naranja pastel, y el código N es verde pastel, para que los ingenieros que diseñan equipos de automóviles tengan más opciones y estos conectores puedan ser utilizados en diversas aplicaciones nuevas.

Molex ofrece una variedad de conectores SMB FAKRA, incluidos algunos conectores PCB y ensamblajes de cable. Molex ha sido un socio a largo plazo de los fabricantes de equipos de automóviles de primer nivel desde 2002, y cuenta con una amplia base de datos de productos, proporcionando más de 400 números de parte activos y apoyando productos altamente personalizados, tales como FAKRA de cuatro vías, FAKRA de dos vías, FAKRA resistente al agua (IP-69K), ensamblajes de cable, etc., para satisfacer los diferentes requisitos de diseño de los clientes.

Conclusión

La telemática es una de las aplicaciones de mercado con mayor potencial en la actualidad. Arrow Electronics, junto con NXP, Vishay, Molex y otros fabricantes, ofrece soluciones comprobadas y completas, y será el mejor socio para aquellos interesados en ingresar al mercado de la telemática. Arrow Electronics proporciona diversos productos y servicios técnicos de fabricantes relevantes, que le ayudarán a aprovechar rápidamente las oportunidades del mercado.