【導讀】面對復雜的系統設計挑戰，工程師們一直在努力尋求最簡單的解決方案，汽車應用領域的 eCall 設計也不例外。在本博客文章中，我們將回顧系統設計人員如何進行汽車應用設計，以及新型 eCall 解決方案如何優化整個平臺。我們還將分享一些射頻設計專業知識和集成解決方案，幫助應對 eCall 應用中一些嚴苛的產品挑戰。
什么是 eCall？
e-Call 是歐洲的一種車輛緊急呼叫系統，可在交通事故中提供快速援助。其目標是保障生命安全、減輕傷害以及減少財產損失。以下是它的工作原理：當發生事故時，它會通過車輛的傳感器自動激活緊急呼叫或 eCall。然后，該系統會自動打電話給歐洲急救服務112呼叫中心。將會有一條電話線接通急救中心，通過全球定位系統發送事故確切位置的詳細信息。接下來，緊急調度中心會向該地點提供適當的援助。
自 2018 年起，在歐盟銷售的所有汽車和貨車都必須安裝 eCall 系統。其基本理念就是縮短應急響應時間，以減少傷亡等事故。據 Thales Group 稱，該系統在城市地區的響應時間可縮短 40%，在郊區可縮短 50%。此外，它還可以將事故死亡人數減少至少 4%，重傷人數減少 6%。
從可靠性角度來看，eCall 系統必須具有靈活性，因為當事故發生時，電池的電源線可能會被切斷，電子設備可能會斷開連接或損壞。因此，需要小型電池之類的備用電源，以便 eCall 系統能夠在惡劣環境條件下有效運行。
傳統的緊急呼叫方法
傳統的 eCall 系統有多個開關，以便向多個天線提供射頻路徑。這些開關需要匹配和電源電路才能運行，這意味著設計可能會耗費大量時間，其外形尺寸可能會很大，且射頻損耗范圍可能比較廣泛。此外，對于多天線布局，在配置開關陣列的同時實現設計靈活性可能會比較復雜。
以下是傳統設計方法面臨的一些挑戰：
● FR4-PC 板材料要求精心匹配，從而會增加插入損耗，降低性能。.
● 額外的匹配和電源電路會提高系統的散熱溫度，從而限制系統的整體性能。
● 當針對不同的天線配置來配置開關陣列時，設計靈活性就會受到限制。
● 與非雙卡雙通 (DSDA) 相比，在實現更高端設計模型的通用布局方面，DSDA 的能力比較有限。
深入了解
1. Connected Car For Dummies 電子書
https://cn.qorvo.com/design-hub/ebooks/connected-car-for-dummies
2. 超寬帶：增強互聯汽車的定位、安全和安保
https://www.microwavejournal.com/articles/36726-uwb-enhancing-positioning-safety-and-security-for-connected-vehicles
下圖 1 為使用分立式開關的傳統 eCall 設計。圖中有多條射頻路徑，這意味著系統工程師必須精心地匹配每一條路徑，以優化設計。此外，圖 1 還展示了此類系統的復雜性，因為每個信號都需要針對每條路徑進行多個數字 GPIO 控制（GPIO - 通用輸入/輸出）。這種傳統設計需要對分頻器的 PC 板進行精心設計或增設外部分頻器，以滿足適當的布局和更低的射頻損耗需求。
圖 1：傳統 eCall 開關架構示例
通過集成應對挑戰
通過在一些射頻路徑上實現簡單集成，可輕松地解決復雜性問題。雖然這種方法明顯減少了一些復雜性、路徑損耗和匹配挑戰，但對您的設計改進沒有多大的幫助。如圖 2 中所示，集成一些開關確實有助于減少匹配，無需使用許多 GPIO 控制，用更少的 MIPI（MIPI — 移動產業處理器接口）控制來代替，并減少開關的數量。這種方法還可以節省成本，盡管與完全集成的方法相比，實現的成本節省非常少。
圖 2：具有一定集成度的 eCall 開關架構示例。
如圖 3 和 4 中所示，采用完全集成的方法可實現圖 2 所示集成無法實現的更多改進。圖 3 采用 DSDA 開關選項架構，減少了前端匹配和射頻損耗，使用一個 RFFE MIPI 控制，將所有分頻器集成在一個封裝內，并減少了材料成本和設計時間。
圖 3：完全集成的 eCall 開關架構示例 — 使用引腳兼容的可選 DSDA (QPC1252Q)。
圖 4 所示設計與圖 3 類似，但未集成 DSDA 開關選項架構。然而，它仍需要少量的射頻前端匹配，以提供圖 3 中所示的所有優勢。
圖 4：完全集成的 eCall 開關架構示例 — 使用非 DSDA (QPC1251Q) 路由開關。
Qorvo 擴大汽車 eCall 解決方案組合，以改善緊急通信
Qorvo 面向緊急呼叫 (eCall) 的高性能寬帶天線開關有助于確保在事故發生后與救生服務保持連接。利用這些開關，車輛的主蜂窩信號能夠自動中繼（或熱切換）至未受損的汽車天線，以尋求幫助。
Qorvo 汽車系列產品新增了 QPC1220Q 高線性度寬帶雙刀四擲 (DP4T) 天線路由開關，它的工作范圍完全符合 AEC-Q100 2 級汽車認證要求。它具有高達 +34 dBm 的熱切換能力，非常適用于所有遠程通信控制單元 (TCU) eCall 和天線路由配置。此外，它還可以減少高達 1 dB 的插入損耗，從而盡可能提高傳遞到外部 eCall 天線陣列的有效功率，即使在信號覆蓋受限的區域，也可以實現更好的蜂窩和 5G 連接。
緊湊型設計可節省高達 35% 的電路板空間，而傳統設計需要四個或以上的分立式開關，進行相關匹配以及耗費數月工程資源。這可簡化并加快多模、多頻段系統的電路板設計。
在 eCall 解決方案中使用完全集成的 QPC1251Q 和 QPC1252Q 可進一步簡化設計，只需一個芯片即可代替 5 個獨立開關完成相關工作。這種設計方法可用于 4G 和 5G 芯片組，無需使用多個開關，降低了系統總功耗，同時允許汽車制造商連接主天線和輔助天線。在 DSDA 或非 DSDA 解決方案中使用這兩種高度集成組件的好處包括：
● 靈活的單組件解決方案
● 設計簡單的解決方案，支持復雜的 eCall 天線路由
● 無需使用多個開關，也無需在 TCU 模塊上進行射頻匹配
● 可實現靈活的開關控制
● 提供出色的插入損耗和隔離性能
● 高線性度和低功耗
● 適用于 5G 應用（高達 6 GHz）的寬帶解決方案
● 集成式分頻器，無需使用外部 PC 板或分立式分頻器
● 完全符合 AEC-100 2 級認證要求的解決方案
從電子角度來說，我們的汽車越來越復雜，基本上成為一種新型移動設備。隨著射頻連接基礎設施日益普及，我們的汽車將更加安全，彼此之間以及與我們現有無線生態系統之間的連接也更加緊密。天線電子設備的集成將有助于加快實現這種移動連接。Qorvo 等半導體公司正努力與汽車制造商和標準機構合作，以提供高度集成的解決方案，幫助汽車系統工程師滿足新一代設計的需求。利用集成式 eCall 開關系統解決方案，我們將繼續與客戶合作，滿足其復雜的設計需求，幫助客戶打造高品質汽車。
1. Thales Group
https://www.thalesgroup.com/en/markets/digital-identity-and-security/iot/inspired/ecall
2. QPC1251Q
https://cn.qorvo.com/products/p/QPC1251Q
3. QPC1252Q
https://cn.qorvo.com/products/p/QPC1252Q
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