车联网T-Box参考设计与产品解决方案

艾睿电子推出经过验证的车联网参考设计

T-Box在汽车市场的装机率也正在快速成长，已经从2018年的28.7%，提升到2019年的32.5%，预计2020年可达到43%，到2025年则将可达到95%的渗透率，成为汽车的标配，其市场驱动的关键因素来自于智能化，以及汽车软件升级服务的收入，另外5G的兴起也将催化车联网与自动驾驶的发展，5G+V2X车联网将成为下一代的产品，同时信息安全也将变得更为重要。

欧盟于2019年9月、美国则于2019年11月通过C-V2X标准，中国也于2020年1月通过C-V2X为唯一的车联网通信标准，并开始将路侧单元（RSU）在全国各地展开小规模的布署，预计在2021年底，会有小规模的OBU（4G+C-V2X）进入汽车市场进行测试，估计在2021-2025年间，将是4G/5G结合C-V2X并存的时代，到了2025年，预计5G+V2X才会展开大规模的布署，此时高精度的定位与地图在V2X实现时将显得更为重要。

若将车联网分成车、路、云三个部分，目前艾睿电子已经可以提供T-Box、OBU、RSU、摄像机的参考设计。

艾睿电子于2018年便推出T-Box的参考设计硬件板，并于此基础于2020年推出4G+C-V2X的OBU（或RSU）参考设计硬件板，并计划在2021年下半年推出5G+V2X的OBU（或RSU）参考设计。目前4G+C-V2X设计采用NXP的i.MX8QX应用处理器来处理V2X协议，应用了移远的AG35+AG15作为通讯模组，采用了S32K14X微控制器来处理信息交互，搭配了Vishay的电源保护，以及采用超级电容做为备用电源的设计，同时也选用了Molex的连接器与天线设计，来加强信号强度的俘获和确保连接的可靠性。

艾睿电子的4G+C-V2X的OBU（或RSU）由MCU底板，核心板，Wi-Fi模块板三个板子构成，MCU底板集成了4G（AG35）和C-V2X（AG15）通信模组和相关输入／输出接口，核心板集成了NXP i.MX8处理器并内嵌了V2X通讯协议栈软件SDK。艾睿电子的V2X可以提供免费与授权两种商业模式的V2X通信协议栈，协议栈已经通过工信部相关测试，并在无锡科研测试园区有实际部署测试，具备稳定的通信能力范围覆盖（500~800m），以及仅有50ms非常短的延时，软件分层设计、移植性强、开放性好。此外方案本身集成了高精度的定位设计，以及安全启动与空中固件下载（FOTA）功能，配备了云测试平台、应用程序，可提供给客户进行产品测试与仿真，以期快速地帮助客户实现产品化的落地。

NXP提供功能强大的车联网处理器与微控制器

NXP推出了一系列针对蜂巢式车联网（C-V2X）应用的微处理器（MPU）与微控制器（MCU），产品涵盖于i.MX系列产品，其中主要以i.MX 8DX产品系列，无论是从旧有的T-Box产品升级，还是从零开始设计T-Box产品，i.MX 8DX都是相当合适的SoC。

i.MX处理器主要包含有最高端的iMX 8QuadMax、iMX 8QuadPlus、iMX 8DualMax，以及中端的iMX 8QuadXPlus、iMX 8DualXPlus、iMX 8DualX，还有最新推出的低成本版本iMX 8DXL、iMX 8SXL。

以最高端的iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus与中端的iMX 8DualX相比，iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus拥有四个Cortex-A35内核／两个Cortex-A35、DRAM为32位的DDR3L/LPDDR4、4K VPU、2个支持AVB的千兆以太网、一个USB 3.0搭配一个USB 2.0，iMX 8DualX则拥有两个Cortex-A35内核，DRAM采用16位DDR3L/DDR4L、1080P VPU、一个千兆以太网搭配一个百兆以太网、两个USB 2.0接口。

新推出的i.MX 8DXL/SXL则省略了DSP内核，也不支持GPU、VPU，但在以太网上则有所强化，具有2个支持AVB/TSN协议的千兆以太网，在安全性能上也有所提升，并采用较小的封装设计，可从八层板减少为六层板，也可以省去HDI板的设计，BOM成本得以降低，若客户对USB 3.0有需求，则适合选择iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus。

为了配合新产品的i.MX 8DXL/SXL，NXP也推出搭配的电源管理芯片，以往是搭配PF8100或是PF8101，新产品则是搭配PF7100，提供更高的功率与效能，以及将EMC最小化，且在尺寸上进行优化，并符合ASIL-B应用标准。

此外，NXP也推出搭配iMX SoC的S32K MCU，支持多种型号与规格，闪存从128K到8MB，SRAM从16K到1152K，eDMA最高可支持到32路，并有多种封装规格、安规支持可供选择。S32K3系列相较于S32K1系列，在效能上升级到M7内核，最多支持四个内核，频率升级到320 MHz，内存也从2MB升级到8MB，安全功能从不仅支持对称加密，也支持非对称加密，OTA功能也支持A/B转换、固件版本回复等功能，支持的安规也从ASIL B升级到ASIL B/D，以太网也支持TSN与AVB协议，以及8路CAN FD，并支持I3C接口与更快的传输速度，采用NXP专属的MaxQFP封装，相较于LQFP封装，尺寸也缩小多达65%。

Vishay的超级电容为车联网应用提供备用电源

何谓备用电源？便是当主要电源消失时，系统会切换使用备用电源以替补供电。车用备用电源，通常便是当车辆发生意外时，当主要电池停止工作，备用电源便可以替补上来，提供备用电力，处理像是存储数据或是传送数据到云平台等后续的工作，备用电源能否处理这些工作，便显得特别重要。

以一个12V输入，3.3V各别输出给NXP S32K144内核芯片与AG35 LTE4G芯片工作的T-Box为例，使用超级电容设计为备用电源时，共有两种设计方案，一种是将超级电容直接供应在12V处，由于超级电容一般是3V或2.7V，因此这种作法便需要将多个超级电容进行串联，以涵盖所有的电源，但如此一来，电容值便会下降。另一种做法，是将超级电容连接在内核的3.3Ｖ处，因为当事故发生时，大多数的系统都已经停止作业，因此只需要供应内核电源即可，且电容值也会更多，其成本较低、体积也会较小，其缺点则是可能有部分需要芯片需要进行升压。

以LTE系统的运作为例，其最高的工作电压为3V，最低为2.5 V，每次放电为2A，需时500ms，依公式计算，每次脉冲需要71.4mV，若需要七个脉冲才能完成数据传送，则共需要500mV，3V减去500mV，刚好符合最低工作电压2.5V，依据公式计算，则需要采用14F电容值的超级电容。Vishay有提供在线计算器，只要输入上述的相关参数，便可以知道需要采用多少电容值的超级电容，也可以直接连到相对应产品的数据表供参考。

超级电容也有两种电路设计方式，其中第一种方法是连接到系统的3.3V，第二种则跟电池并联，第一种方法，只要系统的3.3V存在，便可以帮超级电容充电，当主电源消失，超级电容便会接手放电直到降到2.5V，具有较大的电容值，当3.3V回复后，可以自动帮超级电容充电，因此不需要太多的人工维护，并具有较低的支撑电压；第二种方法则将超级电容与电池并联，因此需要串联较多超级电容，具有较小的电容值，与较高的支撑电压，体积也较大，且需要处理浪涌电源。

Vishay针对V2X应用，主要提供两组超级电容系列，分别是220ED2C与230EDLC-HV，220ED2C的额定电压为2.7V，230EDLC-HV则为3V，提供从8F到60F的额定电容值，可于85℃下使用超过1000个小时，并可快速充放电，此外，通过NTC温度传感器与厚膜电阻加热，使超级电容可在低温下工作，并且都支持AEC-Q200车规认证。

Molex FAKRA连接器提供稳固的车用连接器

针对车联网应用，必须采用稳固的连接器，才能保证系统的稳定工作，Molex的FAKRA连接器便是最合适的解决方案。从德文原意来看，FAKRA便是汽车专家的意思。FAKRA连接器源自于SMB射频连接器接口，其对应名称与其他连接器不同，插座称之为公座，插头称之为母座。

在汽车中主要有四种信号连接器，其中的同轴连接便是采用FAKRA连接器，其他则还有光纤连接、电子遮蔽线连接（如USB、LVDC），以及无线连接（如天线）。FAKRA主要应用于地图及导航系统、电视及视频显示、数字信号广播、智能手机、免钥匙进入及启动、胎压侦测、方向盘／座椅预热、距离控制及自动煞停等系统的连接。

传统FAKRA汽车接线会采用11种颜色与对应代码，例如代码C是蓝色线，连接GPS系统，代码E是绿色线，连接电视1信号线，常被用于倒车显影。新一代的FAKRA连接器则增加三种代码与颜色，分别是代码L是胭脂红、代码M为淡橘色，以及代码N为淡绿色，以便让设计车机的工程师有更多的选择，可用于各种新应用。

Molex提供多种SMB FAKRA连接器，包括一些PCB接头与电缆组装。Molex从2002年起，便开始与第一阶的车机制造商成为长期合作伙伴，并拥有广大的产品数据库，提供超过400种有效的品号，并支持高度客制化产品，像是四向FAKRA、二向FAKRA、防水FAKRA（IP-69K）、线材组装等，以满足客户不同的设计需求。

结语

车联网是当前最具潜力的市场应用之一，艾睿电子结合NXP、Vishay、Molex等厂家，提供经过验证、完整的解决方案，将是有意进军车联网市场的最佳合作伙伴，艾睿电子提供相关厂商的各种产品与技术服务，将可协助您快速抢占市场商机。