如何解决汽车高速数据连接的EMC问题

随着我国汽车产业逐步朝着“软件定义汽车”的方向发展，整车开发逐步围绕以中间集成OIB和分域控制VIU为中心的SOA电子电气架构进行，具有丰富的数据处理能力。高效的硬件系统可以接管车辆的主动操作。在巨大计算能力的支持下，不仅提高了整车控制的平稳性，而且促进了整个生命周期的硬件升级和演变。由于信息量的增加，EMC高速数据连接已成为智能驾驶的必要选择。

图1、新型电子和电气架构

汽车和整个社会的电气化时代已经到来，现代汽车环境中出现了各种与EMI相关的问题。这种EMI效应导致信号减弱或损坏；传输信号解决方案包括各种连接。一旦信号出现问题，可能会导致重要传感器和ADAS系统出现异常，有时甚至会造成毁灭性后果。

EMC面临的挑战

严格管理车辆干扰信号（EMI）是所有车载设备面临的最严重挑战之一。随着数据传输的增加，对信号传输速率的需求也在增加。该领域的第一项测试是设置快速连接技术的限制和带宽。汽车工业和汽车企业的目的是实现相关的电磁兼容性（EMC）要求，主要分为两类：

首先，我们必须确保电子产品本身不会发出过多的干扰信号噪声（EMI）；

其次，它不受其他软件噪声（EMS）的影响。

目前，通过采用传统技术的车载连接解决方案来减少电子噪声危害的关键方法包括：减少带宽、减少电缆长度以及增加昂贵的屏蔽电缆。然而，上述所有处理方法都不是最佳解决方案，但它们将对下一代智能驾驶的高速通信造成重大障碍。

● 减少带宽

减少电子干扰和提高信噪比（SNR）的最简单有效的方法之一是减少带宽。

然而，随着优秀认知传感器（如相机、雷达和激光雷达）数量的增加和传输质量的提高，带宽需求将快速增加。

在这里，我们可以看到，所有设计的目标都是不断提高EE架构的连接带宽，因此我们将在技术层面遇到许多困难。随着车辆边缘计算的改进，必须在理论速度上提高软件的附加传输要求。这需要在设计过程中提高芯片的水平。如果EMC希望满足这些要求，它应该基于高速传输和高带宽。

图2、增加车辆带宽

● 限制电缆长度

减少信号传输之间的间隔也大大减少了干扰信号的影响，因为它限制了所有信道中的信号损失并保持了初始强度。然而，汽车行业已经将分布式E/E架构替换为域和集中式E/E架构，以帮助促进传感器集成和“软件定义车辆”（SDV），但这些新的汽车架构必须更长（点对点连接）。

可以看出，在所有集中式架构中，虽然总电缆长度减少了，但信号传输长度对于单个信号是延长的，因为它可能需要覆盖整个车辆，特别是对于不希望直接传输的高速信号。

图3、分布式（边缘）、分区和集中式E/E架构

●提升频率

频率的增加可以支持信道推动更高的带宽，这是一些满足当前要求的车辆连接解决方案。然而，随着频率的增加，信号衰减会增加，远程传输效果会受到影响，连接电缆极易受到EMI的影响。

● 改进屏蔽电缆

改进屏蔽电缆，以减少EMI的影响，并减少电缆本身的辐射干扰。这个计划似乎很合适。

然而，最近的一项研究指出，由于屏蔽电缆的老化和应力，它们将严重减少，尤其是在涉及必要移动的设备（如车门、侧视镜和行李箱盖）中。EMI对老化和磨损的屏蔽电缆有负面影响，使其失效，风险更大。最严重的是，随着时间的推移，屏蔽电缆本身会因其失效而成为EMI辐射源。

目前，EMC测试存在缺陷

目前，业界的EMC测试方法集中在新的短屏蔽电缆上，而没有考虑现实世界中连接电缆的标准和压力。如果再次以这种方式进行EMC测试，相关车辆将在未来面临大规模返回或其他事故。

解决方案-MIPIA-PHY

为了解决上述许多测试，MIPIA-PHY规范于2020年发布，适用于推动先进无人驾驶汽车的创新。它使用数字信号处理（DSP）和其他响应方法来完成高带宽、长连接和即时链接，并且具有很强的解决EMI问题的能力。

Valens VA7000芯片组使用的DSP符合实际的MIPIA-PHY型号芯片组，该芯片组包含三个主要元件，可以处理EMI：

（1） 立即消除噪声（JITNC）

为了减少EMI的影响，提出了一种快速自适应的噪声消除方法。解决窄带影响问题。（NBI）非常合理。一般的车辆连接解决方案无法处理这种尖锐和突然的噪音。JITNC可以消除高达36dbm的噪声。

（2） 高级脉冲幅度调制（PAM）

瓦伦斯芯片组可以与PAM16一起工作，PAM16是一种同时推送大量数据的形式，适用于更高的数据速率，同时保持较低的载波频率以避免信号衰减和影响。尽管PAM4确实应用于一些传统的车辆连接解决方案，但它仍然无法支持当前ADAS和信息娱乐系统所需的高带宽。Valens PAM16不仅满足当前的带宽要求，还为未来的需求提供了足够的空间。

（3） 动态PHY级重传

有时噪音非常大，由于撞击，数据包可能无法传输。当这种情况发生时，MIPIA-PHY标准在PHY级别再次发送数据分组。PHY级操作允许快速数据传输。由于原始故障EMI可能尚未消退，实时控制的重传将使用低于原始推送的PAM。例如，如果初始传输由PAM16发送，则重传将由PAM8推送。这可以减少再次发生传输故障的机会，这也是Valensa PHY适应芯片组完成行业中最小错误率的原因之一。

Valens独特的UTP功能

瓦伦斯芯片组中的DSP数量可以减少干扰信号的影响，然后使用速度为4Gbps、传输距离为10m的非屏蔽双绞线（UTP）。这使得瓦伦斯芯片组具有许多优点，如降低系统成本、提高系统设计和布局效率，以及在设计系统架构时提供更多选择。UTP的应用是瓦伦斯芯片组的一大进步。

结果

现代汽车处于复杂的信号环境中。随着ADAS组件、数字座舱和车辆上的每个组件的逐渐丰富，设备的体积只会越来越大。在过去，EMI的影响已被证明会对重要系统造成严重危害，导致几起汽车召回甚至致命事故。在各个领域限制EMI的第一件事是了解问题。如果在整车厂的设计中没有充分考虑到这一点，ADAS将无法在V2X通信、信息和娱乐等领域实现突破性的汽车产品应用设计。