Design di riferimento T-Box e soluzioni per Internet of Vehicles

Arrow Electronics lancia un collaudato design di riferimento per la telematica

Il tasso di penetrazione delle T-Box nel mercato automobilistico sta crescendo rapidamente, passando dal 28,7% nel 2018 al 32,5% nel 2019. Si stima che raggiungerà il 43% nel 2020 e il 95% nel 2025, diventando parte dell'equipaggiamento standard per le automobili. I fattori chiave sono l'intelligenza e i ricavi derivanti dai software e dai servizi automobilistici. Inoltre, l'ascesa della rete 5G catalizzerà anche l'Internet of Vehicles e la guida autonoma. 5G+V2X diventeranno prodotti di nuova generazione e la sicurezza delle informazioni acquisirà maggiore importanza.

L'Europa ha adottato lo standard C-V2X a settembre 2019 e gli Stati Uniti hanno approvato lo standard C-V2X a novembre 2019. Anche la Cina ha adottato il C-V2X come unico standard di comunicazione Telematics a gennaio 2020 e ha iniziato a installare unità stradali (RSU) su scala ridotta in tutto il paese. Le OBU su piccola scala (4G+C-V2X) entreranno nella fase di prova entro la fine del 2021. Si stima che tra il 2021 e il 2025 il 4G/5G combinato con il C-V2X coesisterà. Nel 2025, il 5G+V2X sarà implementato su larga scala, il posizionamento ad alta precisione e le mappe diventeranno più importanti.

Internet of Vehicles può essere suddiviso in veicoli, strade e cloud. Attualmente, Arrow Electronics è già in grado di fornire progetti di riferimento per T-Box, OBU, RSU e telecamere, e lancerà un'app mobile all'inizio del 2021 per superare l'instabilità del segnale 4G(LTE).

Arrow Electronics ha lanciato i design di riferimento T-Box dal 2018, l'ultima soluzione T-Box ha combinato 4G con C-V2X per OBU (o RSU) nel 2020. Si prevede di lanciare il design di riferimento OBU (o RSU) 5G+C-V2X nella seconda metà del 2021. Oggi, la versione 4G+C-V2X utilizza il processore applicativo NXP i.MX8QX per elaborare il protocollo V2X, i moduli di comunicazione Quectel AG35 e AG15, il microcontrollore S32K14X per gestire i messaggi inter-sistema nel veicolo, insieme alla protezione di alimentazione e al super condensatore di Vishay come alimentazione di riserva, e anche i connettori e l'antenna di Molex per migliorare l'affidabilità e la forza del segnale RF.

Il nostro OBU 4G+C-V2X (o RSU) è assemblato con 3 schede: scheda principale MCU, scheda CORE e scheda Wi-Fi. La scheda principale MCU comprende i moduli di comunicazione Quectel AG35 e AG15, oltre alle relative interfacce. La scheda CORE è dotata del processore i.MX8 con SDK embedded e protocollo V2X. Offriamo licenze gratuite e a pagamento di stack protocollari V2X collaudati presso il sito di test di Wuxi, garantendo una comunicazione affidabile (500-800m), una latenza molto ridotta di 50ms, capacità di posizionamento ad alta precisione, oltre a funzionalità di avvio sicuro e aggiornamenti firmware over-the-air (FOTA). Inoltre, forniamo una piattaforma cloud e software applicativi per la valutazione e la simulazione del prodotto, al fine di ridurre il tempo di immissione sul mercato.

NXP offre potenti processori e microcontrollori per la telematica

NXP ha introdotto una serie di microprocessori (MPU) e microcontrollori (MCU) per applicazioni di telematica cellulare (C-V2X). I prodotti comprendono la famiglia di prodotti i.MX, principalmente i prodotti della famiglia i.MX 8DX. Sia che si stia passando da vecchi prodotti T-Box sia che si stiano progettando prodotti T-Box da zero, i.MX 8DX è un SoC altamente adatto.

I processori i.MX includono principalmente i modelli di fascia alta iMX 8QuadMax, iMX 8QuadPlus, iMX 8DualMax, e i modelli di fascia media iMX 8QuadXPlus, iMX 8DualXPlus, iMX 8DualX, oltre alle più recenti versioni economiche iMX 8DXL e iMX 8SXL.

Rispetto all'iMX 8DualX di fascia media, l'iMX 8QuadPlus/iMX 8DualX di fascia alta dispone di quattro core Cortex-A35/due core Cortex-A35, DRAM DDR3L/LPDDR4 a 32 bit, VPU 4K, due connessioni Ethernet Gigabit con AVB abilitato, un'interfaccia USB 3.0 e un'interfaccia USB 2.0, mentre l'iMX 8DualX presenta due core Cortex-A35, DRAM DDR3L/DDR4L a 16 bit, VPU 1080P, una connessione Ethernet Gigabit con una connessione Ethernet da 100 megabit e due interfacce USB 2.0.

Il nuovo i.MX 8DXL/SXL elimina il core DSP e non supporta GPU e VPU, ma è potenziato per quanto riguarda l'Ethernet. Include due cavi Ethernet gigabit che supportano il protocollo AVB/TSN, con prestazioni di sicurezza migliorate. Disponibile in un pacchetto di dimensioni ridotte, utilizza una scheda a sei livelli invece di una a otto livelli, e la scheda HDI è stata rimossa per ridurre i costi della BOM. Se i clienti necessitano di USB 3.0, è consigliabile scegliere iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus.

Al fine di abbinare l'i.MX 8DXL/SXL del nuovo prodotto, NXP ha anche introdotto un chip di gestione energetica compatibile. In precedenza, era abbinato a un PF8100 o PF8101, mentre il nuovo prodotto è stato abbinato a un PF7100 per offrire maggiore potenza ed efficienza, minimizzare le interferenze elettromagnetiche (EMC), ottimizzare le dimensioni e conformarsi allo standard applicativo ASIL-B.

Inoltre, NXP ha introdotto un MCU S32K con iMX SoC, che supporta una varietà di modelli e specifiche. La memoria flash varia da 128K a 8MB, la SRAM varia da 16K a 1152K, l'eDMA può supportare fino a 32 canali, ed è disponibile una gamma di specifiche dei package supportati e normative di sicurezza. Rispetto alla serie S32K1, la serie S32K3 è aggiornata con un core M7 in termini di efficienza, supportando fino a quattro core, una frequenza di 320 MHz e una memoria aumentata da 2MB a 8MB. La funzione di sicurezza supporta non solo la crittografia simmetrica ma anche quella asimmetrica. La funzione OTA supporta anche il cambio A/B, il rollback del firmware, ecc. Le normative di sicurezza supportate sono state aggiornate da ASIL B a ASIL B/D. L'Ethernet supporta inoltre i protocolli TSN e AVB, così come 8 canali CAN FD, e supporta un'interfaccia I3C oltre a una velocità di trasmissione più elevata. Disponibile in un package MaxQFP specifico di NXP, la dimensione è ridotta fino al 65% rispetto al package LQFP.

Il supercondensatore di Vishay fornisce un'alimentazione di riserva per applicazioni telematiche

Che cos'è l'alimentazione di riserva? Quando l'alimentazione principale scompare, il sistema passerà all'alimentazione di riserva per sostituire la fonte di energia. L'alimentazione di riserva per i veicoli viene solitamente utilizzata per sostituire l'alimentazione principale quando la batteria principale smette di funzionare, fornendo energia di riserva e gestendo lavori successivi come memorizzare dati o trasmettere dati alla piattaforma cloud. È particolarmente importante che l'alimentazione di riserva sia in grado di gestire tali lavori.

Prendendo come esempio un T-Box con ingresso a 12V e uscita a 3.3V, collegato a un chip core NXP S32K144 e a un chip AG35 LTE4G, quando si utilizza un supercondensatore per progettare l'alimentazione di backup, ci sono due approcci. Il primo consiste nel collegare direttamente il supercondensatore ai 12V. Poiché il supercondensatore è solitamente da 3V o 2.7V, questo approccio richiede il collegamento di più supercondensatori in serie per coprire tutte le fonti di alimentazione, ma in questo modo il valore della capacità diminuirà. Il secondo approccio consiste nel collegare il supercondensatore a una alimentazione principale da 3.3V. Poiché la maggior parte dei sistemi ha già smesso di funzionare quando si verifica un incidente, è necessario alimentare solo la parte principale, il che comporta un valore di capacità più alto, un costo inferiore e dimensioni più ridotte. Lo svantaggio è che alcuni chip potrebbero dover essere potenziati.

Prendendo ad esempio il funzionamento di un sistema LTE, la sua tensione di lavoro più alta è 3V, la più bassa è 2.5V e ogni scarica è di 2A, che dura 500ms. Secondo la formula, ogni impulso richiede 71.4mV. Se sono necessari sette impulsi per completare la trasmissione dei dati, è necessario un totale di 500mV. 3V meno 500mV corrisponde esattamente a 2.5V, ovvero la tensione di lavoro più bassa. Secondo la formula, è richiesto un supercondensatore con valore di capacità di 14F. Vishay ha un calcolatore online. Basta inserire i parametri pertinenti sopra menzionati per sapere quale valore di capacità è necessario per il proprio supercondensatore. È inoltre possibile accedere direttamente alla scheda tecnica del prodotto corrispondente per riferimento.

Il supercondensatore dispone anche di due design circuitali. Il primo consiste nel collegare il supercondensatore a una fonte da 3,3V nel sistema, mentre il secondo consiste nel collegare il supercondensatore in parallelo con la batteria. Nel primo metodo, il supercondensatore può essere caricato finché esiste la fonte da 3,3V nel sistema. Quando la fonte principale scompare, il supercondensatore prenderà il posto per la scarica fino a raggiungere i 2,5V. Con un valore di capacità maggiore, quando la fonte da 3,3V viene ripristinata, il supercondensatore può essere ricaricato automaticamente, senza troppe operazioni manuali e con una tensione di supporto inferiore. Nel secondo metodo, il supercondensatore è collegato in parallelo con la batteria, quindi è necessario collegare più supercondensatori in serie, determinando un valore di capacità inferiore, una tensione di supporto più alta, dimensioni maggiori e una corrente di spunto da gestire.

Vishay offre principalmente due serie di supercondensatori per applicazioni V2X, ovvero la 220ED2C e la 230EDLC-HV. La serie 220ED2C ha una tensione nominale di 2,7V, mentre la 230EDLC-HV ha una tensione nominale di 3V. La 230EDLC-HV offre valori di capacità nominale compresi tra 8F e 60F, può essere utilizzata per oltre 1000 ore a 85℃ e consente una carica e scarica rapide. Inoltre, i supercondensatori possono operare a basse temperature grazie a un sensore di temperatura NTC e al riscaldamento tramite resistore a film spesso, e entrambe le serie supportano la certificazione dello standard automobilistico AEC-Q200.

Molex offre connettori FAKRA stabili per veicoli

Per applicazioni telematiche, è necessario adottare un connettore stabile per garantire il funzionamento stabile del sistema. Il connettore FAKRA di Molex è la soluzione più adatta. Secondo il significato originale in tedesco, FAKRA significa esperto automobilistico. I connettori FAKRA derivano dall'interfaccia del connettore RF SMB e il loro nome corrispondente è diverso da quello di altri connettori, ad esempio il jack è chiamato contatto maschio e la spina è chiamata contatto femmina.

Esistono principalmente quattro tipi di connettori di segnale negli automobili, inclusi il collegamento coassiale con connettori FAKRA, il collegamento in fibra ottica, il collegamento elettrico schermato (come USB e LVDC) e il collegamento wireless (come antenne). FAKRA è principalmente utilizzato per la connessione di mappe e sistemi di navigazione, televisione e display video, trasmissione di segnali digitali, smartphone, ingresso e avvio senza chiave, rilevamento della pressione dei pneumatici, preriscaldamento del volante/sedile, controllo della distanza e sistemi di frenata automatica.

Le tradizionali connessioni FAKRA nelle automobili utilizzano 11 colori e codici corrispondenti. Ad esempio, il codice C è una linea blu collegata ai sistemi GPS, il codice E è una linea verde collegata alla linea del segnale TV 1 ed è spesso utilizzato per visualizzare immagini di retromarcia. La nuova generazione di connettori FAKRA aggiunge tre codici e colori, ovvero il codice L è rosso carminio, il codice M è arancione pastello e il codice N è verde pastello, offrendo così agli ingegneri che progettano dispositivi per auto maggiori opzioni e consentendo l'utilizzo di questi connettori in varie nuove applicazioni.

Molex offre una varietà di connettori SMB FAKRA, inclusi alcuni connettori per PCB e assemblaggi di cavi. Molex è stato un partner a lungo termine dei produttori di apparecchiature automobilistiche di primo livello dal 2002 e dispone di un vasto database di prodotti, fornendo oltre 400 numeri di parte attivi e supportando prodotti altamente personalizzati, come FAKRA a quattro vie, FAKRA a due vie, FAKRA impermeabile (IP-69K), assemblaggi di cavi, ecc., per soddisfare i diversi requisiti di progettazione dei clienti.

Conclusione

La telematica è attualmente una delle applicazioni di mercato con il maggiore potenziale. Arrow Electronics, insieme a NXP, Vishay, Molex e altri produttori, offre soluzioni comprovate e complete, e sarà il miglior partner per chi desidera entrare nel mercato della telematica. Arrow Electronics mette a disposizione vari prodotti e servizi tecnici dei produttori coinvolti, che ti aiuteranno a cogliere rapidamente le opportunità di mercato.