インターネット・オブ・ビークル向けT-Boxリファレンスデザインとソリューション

Arrow Electronicsが実績のあるテレマティクスリファレンスデザインを発表

自動車市場におけるT-Boxの普及率は急速に成長しており、2018年の28.7%から2019年には32.5%に増加しました。2020年には43%、2025年には95%に達し、自動車の標準装備になると予測されています。その主な要因は、自動車のソフトウェアとサービス収益、そしてインテリジェンスです。さらに、5Gネットワークの普及がコネクテッドカー（インターネット接続車）や自動運転を促進する要因ともなります。5G+V2Xは次世代の製品となり、情報セキュリティの重要性がさらに高まるでしょう。

ヨーロッパは2019年9月にC-V2X標準を採用し、アメリカは2019年11月にC-V2X標準を承認しました。中国も2020年1月にC-V2Xを唯一のテレマティクス通信標準として採用し、全国で路側ユニット（RSU）を小規模で配備し始めました。また、小規模な車載ユニット（OBU、4G+C-V2X）は2021年末までに試験段階に入る予定です。2021年から2025年の間は、4G/5GがC-V2Xと組み合わせて共存すると推定されています。2025年には、5G+V2Xが大規模に展開され、高精度の位置情報とマップがより重要なものとなるでしょう。

車両インターネットは、車両、道路、クラウドに分けることができます。現在、アローエレクトロニクスはすでにT-Box、OBU、RSUおよびカメラの参照デザインを提供しており、4G（LTE）信号の不安定性を解消するために2021年初頭にモバイルアプリをリリースする予定です。

Arrow Electronicsは2018年からT-Boxのリファレンスデザインを展開しており、2020年には4GとC-V2Xを統合したOBU（またはRSU）の最新T-Boxソリューションを発表しました。2021年後半には、5G+C-V2X OBU（またはRSU）のリファレンスデザインを発表する予定です。現在、4G+C-V2Xバージョンでは、NXP i.MX8QXアプリケーションプロセッサを使用してV2Xプロトコルを処理し、Quectel AG35およびAG15通信モジュール、S32K14Xマイクロコントローラーが車両内でのシステム間メッセージを管理しています。さらに、Vishayの電力保護とスーパーキャパシタをバックアップ電源として使用し、Molexのコネクタとアンテナによって信頼性とRF信号強度を向上させています。

当社の4G+C-V2X OBU（またはRSU）は、メインMCUボード、COREボード、Wi-Fiボードの3つのボードで構成されています。メインMCUボードにはQuectel AG35とAG15通信モジュール、および関連インターフェースが含まれています。COREボードにはi.MX8プロセッサが搭載されており、V2Xプロトコルに対応した組み込みSDKが組み込まれています。当社は、無錫テストサイトで実証済みのV2Xプロトコルスタックの無料および有料ライセンスを提供しています。この製品は、信頼性の高い通信（500-800m）、非常に短い50msの遅延、高精度な位置測定能力を備えています。また、セキュアブートおよびファームウェアの無線更新（FOTA）機能、さらに製品評価とシミュレーション用のクラウドプラットフォームおよびアプリケーションソフトウェアを提供することで、市場投入までの時間短縮を実現します。

NXPは、強力なテレマティクスプロセッサおよびマイクロコントローラーを提供しています。

NXPは、セルラー・テレマティクス（C-V2X）アプリケーション向けの一連のマイクロプロセッサ（MPU）とマイクロコントローラー（MCU）を発表しました。これらの製品は、主にi.MX 8DXファミリー製品を中心としたi.MXファミリー製品を網羅しています。古いT-Box製品からアップグレードする場合でも、ゼロからT-Box製品を設計する場合でも、i.MX 8DXは非常に適したSoCです。

i.MXプロセッサには主に、ハイエンドのiMX 8QuadMax、iMX 8QuadPlus、iMX 8DualMax、ミッドレンジのiMX 8QuadXPlus、iMX 8DualXPlus、iMX 8DualX、そして最新の低コストバージョンであるiMX 8DXLおよびiMX 8SXLが含まれます。

ミッドレンジのiMX 8DualXと比較すると、ハイエンドのiMX 8QuadPlus/iMX 8DualXは、4つのCortex-A35コア/2つのCortex-A35コア、32ビットDRAM DDR3L/LPDDR4、4K VPU、AVB対応のギガビットイーサネット接続が2つ、USB 3.0インターフェースが1つとUSB 2.0インターフェースが1つを備えています。一方、iMX 8DualXは、2つのCortex-A35コア、16ビットDRAM DDR3L/DDR4L、1080P VPU、1つのギガビットイーサネット接続と1つの100メガビットイーサネット接続、そしてUSB 2.0インターフェースが2つを備えています。

新しく導入された i.MX 8DXL/SXL は DSP コアを省き、GPU および VPU をサポートしていませんが、イーサネット機能が強化されています。AVB/TSN プロトコルをサポートする2つのギガビットイーサネットケーブルを搭載し、セキュリティ性能が向上しています。小型パッケージで提供され、八層基板の代わりに六層基板を使用し、HDI 基板も省かれるため、BOM コストを削減しています。もし USB 3.0 が必要な場合は、iMX 8QuadPlus または iMX 8DualPlus を選択するのが適しています。

新製品のi.MX 8DXL/SXLに対応するために、NXPは互換性のあるパワーマネジメントチップも導入しました。以前はPF8100またはPF8101が対応していましたが、新製品ではPF7100が対応しており、これにより高い電力効率を提供し、EMCを最小化し、サイズを最適化し、ASIL-B適用標準に準拠しています。

さらに、NXPはiMX SoCを備えたS32K MCUも導入しており、さまざまなモデルと仕様をサポートしています。フラッシュメモリは128Kから8MBまで、SRAMは16Kから1152Kまで、eDMAは最大32チャネルをサポート可能で、さまざまなパッケージ仕様やセキュリティ規格に対応しています。S32K1シリーズと比較して、S32K3シリーズは効率が向上し、M7コアを搭載し最大4コアをサポート、周波数は320 MHz、メモリは2MBから8MBに拡大されています。セキュリティ機能は対称暗号化に加えて非対称暗号化もサポートしています。また、OTA機能ではA/Bスワップ、ファームウェアのロールバックなどにも対応しています。対応するセキュリティ規格はASIL BからASIL B/Dへグレードアップされています。イーサネットはTSNとAVBプロトコルをサポートし、さらに8チャネルCAN FD、I3Cインターフェース、より高速なデータ伝送速度にも対応しています。NXP独自のMaxQFPパッケージで提供され、LQFPパッケージと比較してサイズが最大65%削減されています。

Vishayのスーパーキャパシタは、テレマティクス用途向けにバックアップ電源を提供します

バックアップ電源とは何ですか？メイン電源が消失した際に、システムは電力供給を代替するためにバックアップ電源に切り替わります。車両用のバックアップ電源は通常、メインバッテリーが動作しなくなった場合にメイン電源を置き換え、データの保存やクラウドプラットフォームへのデータ送信などの後続作業を行うための電力を提供する目的で使用されます。バックアップ電源がそのような作業を処理できるかどうかは特に重要です。

12V入力および3.3V出力のT-BoxをNXP S32K144コアチップやAG35 LTE4Gチップと組み合わせる例を挙げると、バックアップ電源を設計する際にスーパーキャパシタを使用する場合、2つのアプローチがあります。一つ目はスーパーキャパシタを12Vに直接接続する方法です。スーパーキャパシタは通常3Vまたは2.7Vであるため、この方法では複数のスーパーキャパシタを直列に接続してすべての電源を補う必要がありますが、この場合、容量値が低下します。もう一つのアプローチは、スーパーキャパシタを3.3Vのコア電源に接続する方法です。ほとんどのシステムは事故が発生した際には動作を停止しているため、コア電源のみを供給すればよく、容量値が大きくなり、コストが低く、サイズも小さくなります。しかし、この方法の欠点は、一部のチップが昇圧される必要があることです。

LTEシステムの動作を例にとると、最高動作電圧は3V、最低動作電圧は2.5V、各放電は2Aで、持続時間は500msです。この条件に基づくと、公式に従い各パルスには71.4mVが必要です。データ送信を完了するために7つのパルスが必要であれば、合計500mVが必要となります。3Vから500mVを引くとちょうど2.5Vとなり、それが最低動作電圧です。公式に従うと、14Fの容量値を持つスーパーキャパシタが必要となります。Vishayはオンライン計算ツールを提供しており、上記の関連パラメータを入力するだけで、スーパーキャパシタに必要な容量値がわかります。また、対応する製品のデータシートにも直接アクセスして参考にすることができます。

スーパーキャパシタには2つの回路設計があります。1つ目は、スーパーキャパシタをシステム内の3.3V電源に接続する方法で、もう1つは、スーパーキャパシタをバッテリーと並列に接続する方法です。1つ目の方法では、システム内に3.3V電源が存在する限り、スーパーキャパシタを充電することができます。主電源が消失した場合、スーパーキャパシタは2.5Vまで電圧が低下するまで放電を引き継ぎます。容量値が大きい場合、3.3V電源が復旧した際には、スーパーキャパシタが自動的に充電されるため、多くの手動によるメンテナンスが不要であり、サポート電圧も低く抑えられます。2つ目の方法では、スーパーキャパシタをバッテリーと並列に接続するため、より多くのスーパーキャパシタを直列に接続する必要があり、結果的に容量値が小さくなり、サポート電圧が高くなり、サイズが大きくなり、突入電流に対応する必要があります。

Vishayは主にV2Xアプリケーション向けに、220ED2Cと230EDLC-HVの2つのシリーズのスーパーキャパシタを提供しています。220ED2Cは定格電圧2.7V、230EDLC-HVは定格電圧3Vです。230EDLC-HVは定格静電容量値8Fから60Fを提供し、85℃で1000時間以上使用可能で、迅速に充放電を行うことができます。さらに、これらのスーパーキャパシタはNTC温度センサーと厚膜抵抗加熱を通じて低温で動作可能であり、両シリーズはAEC-Q200の自動車標準認証をサポートしています。

Molexは車両向けの安定したFAKRAコネクターを提供します

テレマティクスアプリケーションでは、システムの安定した動作を確保するために、安定性のあるコネクターを採用する必要があります。MolexのFAKRAコネクターは、最適なソリューションです。元々のドイツ語の意味では、FAKRAは自動車の専門家を意味します。FAKRAコネクターはSMB RFコネクターインターフェースから生まれ、その対応する名称は他のコネクターとは異なり、例えばジャックはオスコンタクトと呼ばれ、プラグはメスコンタクトと呼ばれます。

自動車には主に4種類の信号コネクターがあり、FAKRAコネクターを使用した同軸リンク、光ファイバーリンク、電気シールドリンク（USBやLVDCなど）、無線リンク（アンテナなど）が含まれます。FAKRAは主に、地図やナビゲーションシステム、テレビやビデオディスプレイ、デジタル信号放送、スマートフォン、キーなしエントリーと始動、タイヤ圧力検知、ステアリングホイール/座席の予熱、距離制御、自動ブレーキシステムの接続に使用されます。

自動車における従来のFAKRAコネクションは、11色とそれぞれ対応するコードを使用しています。例えば、コードCは青のラインで、GPSシステムに接続されます。コードEは緑のラインで、TV 1信号ラインに接続され、逆転画像に使用されることがよくあります。次世代のFAKRAコネクタでは、3つのコードと色が追加されました。具体的には、コードLはカルミンレッド、コードMはパステルオレンジ、コードNはパステルグリーンです。これにより、自動車用機器を設計するエンジニアに多くの選択肢が提供され、これらのコネクタがさまざまな新しい用途で使用される可能性が広がります。

Molexは、PCBコネクタやケーブルアセンブリを含む、さまざまなSMB FAKRAコネクタを提供しています。Molexは2002年以来、第一級の自動車機器メーカーと長期的なパートナー関係を築いており、400以上の現行部品番号を提供する広範な製品データベースを保有しています。さらに、四方向FAKRA、二方向FAKRA、防水FAKRA（IP-69K）、ワイヤアセンブリなど、きわめてカスタマイズされた製品をサポートし、顧客の多様な設計要件を満たします。

結論

テレマティクスは現在最も有望な市場アプリケーションの1つです。Arrow Electronicsは、NXP、Vishay、Molex、その他のメーカーとともに、信頼性のある完全なソリューションを提供しており、テレマティクス市場に参入を希望する方に最適なパートナーとなります。Arrow Electronicsは、関連メーカーから幅広い製品と技術サービスを提供し、市場機会を迅速に掴むお手伝いをいたします。