Sélection d'inductances PoC pour systèmes d'aide à la conduite et d'infodivertissement

Les concepteurs de systèmes automobiles se tournent de plus en plus vers les architectures Power-over-Coax (PoC) pour transmettre l'alimentation et les données haut débit via un seul câble. Cette approche réduit le câblage et simplifie la conception système, en particulier dans les sous-systèmes à données intensives tels que les systèmes d'aide à la conduite (ADAS), l'infodivertissement et les groupes motopropulseurs commandés par capteurs. Cependant, la mise en œuvre d'un circuit à té de polarisation PoC fiable implique la sélection minutieuse de l'inductance pour gérer les demandes concurrentes de transmission d'alimentation et de données.

Cet article fournit un aperçu de la conception de circuits à té de polarisation PoC. Il présente ensuite des inductances PoC pour applications automobiles de Murata et montre comment elles aident les concepteurs à optimiser les circuits à té de polarisation pour les groupes motopropulseurs, la sécurité des véhicules et les systèmes d'infodivertissement. Deux outils utiles de sélection d'inductances sont également détaillés.

Importance de la conception de circuits à té de polarisation pour PoC automobile

Les circuits à té de polarisation (bias-T) jouent un rôle crucial dans les systèmes PoC en séparant l'alimentation CC des signaux de données haut débit. Une application PoC automobile typique utilise des câbles coaxiaux pour connecter des capteurs et des unités de commande, avec des circuits à té de polarisation à chaque extrémité gérant les chemins d'alimentation et de signaux (Figure 1). Les inductances dans ces circuits bloquent les signaux haute fréquence pour maintenir l'alimentation propre, tandis que les condensateurs empêchent la tension CC d'atteindre les modules de sérialiseurs/désérialiseurs (SerDes) sensibles.

Figure 1 : Une application PoC typique utilise des circuits à té de polarisation à chaque extrémité d'un câble coaxial pour séparer l'alimentation CC des signaux de données haut débit. (Source de l'image : Murata)

La conception de la partie inductive d'un circuit à té de polarisation requiert une attention particulière aux détails. Pour éviter toute fuite de signal sur la ligne électrique, l'inductance doit maintenir une impédance élevée sur une large gamme de fréquences. Si cette impédance est inadéquate, l'énergie de signal résiduelle peut introduire des fluctuations de puissance qui dégradent les performances du système.

En pratique, une seule inductance peut ne pas fournir un blocage des signaux suffisant sur toutes les fréquences d'intérêt. Par conséquent, les concepteurs utilisent souvent plusieurs inductances, ainsi que les résistances et condensateurs associés, pour supprimer les antirésonances. Les antirésonances sont des bandes de fréquences étroites où l'impédance chute et le filtrage devient inefficace. Ces effets résultent de l'interaction de plusieurs composants avec des réponses en fréquence différentes.

Défis liés à la conception de circuits à té de polarisation PoC

Bien que les configurations multi-inductances permettent d'étendre la plage de blocage d'un circuit à té de polarisation, elles introduisent également une certaine complexité, chaque inductance ajoutée augmentant le risque d'antirésonance. La gestion de ces interactions requiert des résistances et des condensateurs supplémentaires, augmentant davantage le nombre de composants et les efforts de conception.

Pour réduire cette complexité, les concepteurs cherchent souvent à minimiser le nombre d'inductances requises. Une seule inductance à large bande réduit la probabilité d'effets d'antirésonance, améliore la cohérence du filtrage et contribue à économiser un espace carte précieux. Ce dernier point est essentiel dans les sous-systèmes automobiles compacts.

La difficulté réside dans la sélection d'une inductance avec la bonne combinaison d'impédance, de réponse en fréquence et d'autres caractéristiques électriques. Cette difficulté s'explique en partie par le fait que les applications PoC ont des exigences diverses. Les groupes motopropulseurs, les systèmes d'aide à la conduite et les systèmes d'infodivertissement présentent des combinaisons différentes en termes de distribution d'alimentation et de bande passante de données, et les exigences applicatives varient considérablement au sein de chacune de ces catégories.

Approche à une seule inductance pour la conception de circuits à té de polarisation PoC

Pour répondre à ces besoins, Murata a développé une gamme d'inductances spécifiquement conçues pour les circuits à té de polarisation PoC automobiles. La gamme englobe de nombreuses caractéristiques de performances, offrant aux concepteurs la flexibilité nécessaire pour répondre aux besoins de diverses applications.

Chaque solution dans cette famille de produits fournit une haute impédance sur une large gamme de fréquences, une caractéristique qui nécessitait auparavant plusieurs inductances. Cette fonctionnalité permet un blocage efficace des signaux tout en minimisant la taille et la complexité du circuit à té de polarisation. Les fonctionnalités supplémentaires qui prennent en charge les objectifs de conception automobile incluent notamment :

• Courant nominal jusqu'à 1 A : convient pour alimenter des charges à fort courant telles que des capteurs et des actionneurs dans les groupes motopropulseurs et les systèmes ADAS
• Haute saturation de courant : maintient l'inductance sous charge, empêchant la dégradation des performances en présence de champs magnétiques importants
• Faible résistance en courant continu : réduit les pertes lors de la séparation de l'alimentation et du signal, améliorant ainsi le rendement énergétique global
• Construction blindée : minimise les interférences électromagnétiques (EMI), favorisant le fonctionnement fiable des circuits environnants
• Facteur de forme compact : économise de l'espace sur la carte et permet l'utilisation dans des configurations automobiles denses
• Plage de températures de fonctionnement de -40°C à +125°C : garantit les performances dans les environnements automobiles difficiles
• Qualification AEC-Q200 et conformité RoHS : répond aux normes automobiles et environnementales

Grâce à ces caractéristiques, la gamme d'inductances PoC de Murata est idéale pour un large éventail d'applications, notamment les systèmes de sécurité automobile, l'infodivertissement et la commande de groupes motopropulseurs.

Inductances PoC pour applications de groupes motopropulseurs

Les sous-systèmes de groupes motopropulseurs impliquent souvent des communications commandées par capteurs avec des débits de données relativement faibles. Pour ces applications, une solution à inductance élevée telle que le LQW43FT180M0HL (Figure 2) peut contribuer à garantir une distribution d'alimentation stable. La valeur nominale de 18 µH de ce dispositif offre une haute impédance à basses fréquences, bloquant efficacement les signaux indésirables. Ces performances sont maintenues grâce à la fréquence propre de 40 MHz, qui correspond bien à la gamme de fréquences des flux de données typiques des groupes motopropulseurs.

Figure 2 : L'inductance LQW43FT180M0HL est une inductance compacte à large bande qui remplit le rôle de plusieurs inductances dans les circuits à té de polarisation PoC automobiles. (Source de l'image : Murata)

L'inductance est répertoriée à 600 mA, ce qui la rend adaptée à de nombreux sous-systèmes périphériques au sein des groupes motopropulseurs. Sa faible résistance en courant continu de 160 mΩ permet de minimiser les pertes de puissance, tandis que le boîtier 1812, mesurant 4,5 mm × 3,2 mm × 3,7 mm, offre une alternative compacte aux conceptions multi-inductances.

Inductances PoC pour applications ADAS

Les applications d'aide à la conduite doivent gérer des débits de données nettement plus élevés provenant de capteurs tels que des caméras haute résolution. Le LQW32FT2R2M0HL (Figure 3) est une solution à inductance moyenne de 2,2 µH conçue à cet effet. Sa fréquence propre de 200 MHz permet un blocage efficace des signaux pour les communications à large bande passante.

Figure 3 : Le LQW32FT2R2M0HL est conçu pour les applications PoC, offrant à la fois une haute puissance et des débits de données élevés. (Source de l'image : Murata)

Outre des débits de données élevés, les sous-systèmes ADAS ont souvent des besoins en énergie importants. Le courant nominal de 1 A de cette inductance est conçu pour répondre à ces besoins de puissance plus élevée, y compris les capteurs LiDAR ou les actionneurs utilisés dans les systèmes de suivi de voie automatique. L'inductance est fournie en boîtier 1210 de 3,2 mm × 2,5 mm × 2,5 mm.

Inductances PoC pour applications d'infodivertissement

Les systèmes d'infodivertissement fonctionnent typiquement à des débits de données élevés mais consomment relativement peu d'énergie. Le LQW21FT2R0M0HL (Figure 4) offre une solution compacte qui répond à ces exigences. Avec une inductance de 2 µH et une fréquence propre de 230 MHz, il fournit un blocage efficace des signaux dans la gamme de fréquences généralement utilisée par les flux de données audio, vidéo et de navigation haut débit.

Figure 4 : Le LQW21FT2R0M0HL prend en charge l'architecture PoC automobile haut débit. (Source de l'image : Murata)

L'inductance est répertoriée pour 400 mA, ce qui la rend adaptée aux points d'extrémité basse consommation tels que les écrans d'infodivertissement et les modules de commande multimédia. Elle est fournie en boîtier 0805 mesurant seulement 2,0 mm × 1,2 mm × 1,8 mm, et elle est idéale pour les applications à espace carte limité.

Outils utiles pour la sélection des inductances à té de polarisation

La conception et la caractérisation d'un circuit à té de polarisation peuvent être complexes, en particulier lorsqu'il s'agit d'équilibrer les performances électriques avec la taille et les contraintes du système. Pour rationaliser le processus, Murata propose deux outils en ligne gratuits pour aider les ingénieurs à évaluer et à sélectionner des inductances appropriées pour les applications PoC.

Le premier est l'outil Bias-T Inductor Design Support Tool (Figure 5). Cet outil permet aux concepteurs d'entrer des paramètres tels que le courant continu, la température ambiante et les caractéristiques du câble, pour générer une configuration à té de polarisation complète. L'outil recommande automatiquement des inductances ainsi que des résistances et des condensateurs appropriés, et il fournit également des tracés des performances simulées, y compris les paramètres S et les courbes d'impédance, pour une compréhension plus approfondie du comportement du circuit.

Figure 5 : L'outil Bias-T Inductor Design Support Tool simplifie la sélection des inductances PoC automobiles et la caractérisation des circuits à té de polarisation. (Source de l'image : Murata)

En plus de simuler le circuit à té de polarisation, les menus déroulants permettent aux utilisateurs de sélectionner des critères de référence spécifiques pour les calculs, y compris différents protocoles de communication et paramètres de câble. Une option permettant de prendre en compte la capacité parasite est également incluse pour une meilleure compréhension des performances dans le monde réel.

Pour une exploration plus générale, l'outil de sélection d'inductances de Murata (Figure 6) offre une fonction de recherche par numéro de référence et la possibilité de filtrer par application, caractéristiques électriques et taille. Une fois la sélection effectuée, l'utilisateur peut simuler les caractéristiques de fréquence de l'inductance ainsi que les paramètres S pour les configurations série et shunt. Cela élimine le temps passé à parcourir les fiches techniques et les pages de produits pour trouver les composants appropriés.

Figure 6 : L'outil de sélection d'inductances permet d'évaluer rapidement les performances des inductances pour une large gamme d'applications. (Source de l'image : Murata)

Conclusion

La conception d'un circuit à té de polarisation complexe pour PoC peut être considérablement simplifiée en utilisant les inductances à large bande de Murata. Chacune de ces inductances peut remplacer un circuit qui nécessitait auparavant plusieurs composants, ce qui permet de gagner de l'espace et d'améliorer la stabilité du système. En fournissant une gamme d'inductances spécifiques aux applications et de puissants outils de conception en ligne, Murata élimine les obstacles importants, permettant aux ingénieurs de développer et d'adopter plus facilement la technologie PoC.