关于实现增强式 eCall 汽车设计，工程师需要了解什么
面对复杂的系统设计挑战，工程师们一直在努力寻求最简单的解决方案，汽车应用领域的 eCall 设计也不例外。在本博客文章中，我们将回顾系统设计人员如何进行汽车应用设计，以及新型 eCall 解决方案如何优化整个平台。我们还将分享一些射频设计专业知识和集成解决方案，帮助应对 eCall 应用中一些严苛的产品挑战。
什么是 eCall？
e-Call 是欧洲的一种车辆紧急呼叫系统，可在交通事故中提供快速援助。其目标是保障生命安全、减轻伤害以及减少财产损失。以下是它的工作原理：当发生事故时，它会通过车辆的传感器自动激活紧急呼叫或 eCall。然后，该系统会自动打电话给欧洲急救服务112呼叫中心。将会有一条电话线接通急救中心，通过全球定位系统发送事故确切位置的详细信息。接下来，紧急调度中心会向该地点提供适当的援助。
自 2018 年起，在欧盟销售的所有汽车和货车都必须安装 eCall 系统。其基本理念就是缩短应急响应时间，以减少伤亡等事故。据 Thales Group 称，该系统在城市地区的响应时间可缩短 40%，在郊区可缩短 50%。此外，它还可以将事故死亡人数减少至少 4%，重伤人数减少 6%。
从可靠性角度来看，eCall 系统必须具有灵活性，因为当事故发生时，电池的电源线可能会被切断，电子设备可能会断开连接或损坏。因此，需要小型电池之类的备用电源，以便 eCall 系统能够在恶劣环境条件下有效运行。
传统的紧急呼叫方法
传统的 eCall 系统有多个开关，以便向多个天线提供射频路径。这些开关需要匹配和电源电路才能运行，这意味着设计可能会耗费大量时间，其外形尺寸可能会很大，且射频损耗范围可能比较广泛。此外，对于多天线布局，在配置开关阵列的同时实现设计灵活性可能会比较复杂。
以下是传统设计方法面临的一些挑战：
- • FR4-PC 板材料要求精心匹配，从而会增加插入损耗，降低性能。.
- • 额外的匹配和电源电路会提高系统的散热温度，从而限制系统的整体性能。
- • 当针对不同的天线配置来配置开关阵列时，设计灵活性就会受到限制。
- • 与非双卡双通 (DSDA) 相比，在实现更高端设计模型的通用布局方面，DSDA 的能力比较有限。
下图 1 为使用分立式开关的传统 eCall 设计。图中有多条射频路径，这意味着系统工程师必须精心地匹配每一条路径，以优化设计。此外，图 1 还展示了此类系统的复杂性，因为每个信号都需要针对每条路径进行多个数字 GPIO 控制（GPIO - 通用输入/输出）。这种传统设计需要对分频器的 PC 板进行精心设计或增设外部分频器，以满足适当的布局和更低的射频损耗需求。
图 1：传统 eCall 开关架构示例
通过集成应对挑战
通过在一些射频路径上实现简单集成，可轻松地解决复杂性问题。虽然这种方法明显减少了一些复杂性、路径损耗和匹配挑战，但对您的设计改进没有多大的帮助。如图 2 中所示，集成一些开关确实有助于减少匹配，无需使用许多 GPIO 控制，用更少的 MIPI（MIPI — 移动产业处理器接口）控制来代替，并减少开关的数量。这种方法还可以节省成本，尽管与完全集成的方法相比，实现的成本节省非常少。
图 2：具有一定集成度的 eCall 开关架构示例。
如图 3 和 4 中所示，采用完全集成的方法可实现图 2 所示集成无法实现的更多改进。图 3 采用 DSDA 开关选项架构，减少了前端匹配和射频损耗，使用一个 RFFE MIPI 控制，将所有分频器集成在一个封装内，并减少了材料成本和设计时间。
图 3：完全集成的 eCall 开关架构示例 — 使用引脚兼容的可选 DSDA (QPC1252Q)。
图 4 所示设计与图 3 类似，但未集成 DSDA 开关选项架构。然而，它仍需要少量的射频前端匹配，以提供图 3 中所示的所有优势。
图 4：完全集成的 eCall 开关架构示例 — 使用非 DSDA (QPC1251Q) 路由开关。
Qorvo 扩大汽车 eCall 解决方案组合，以改善紧急通信
Qorvo 面向紧急呼叫 (eCall) 的高性能宽带天线开关有助于确保在事故发生后与救生服务保持连接。利用这些开关，车辆的主蜂窝信号能够自动中继（或热切换）至未受损的汽车天线，以寻求帮助。
Qorvo 汽车系列产品新增了 QPC1220Q 高线性度宽带双刀四掷 (DP4T) 天线路由开关，它的工作范围完全符合 AEC-Q100 2 级汽车认证要求。它具有高达 +34 dBm 的热切换能力，非常适用于所有远程通信控制单元 (TCU) eCall 和天线路由配置。此外，它还可以减少高达 1 dB 的插入损耗，从而尽可能提高传递到外部 eCall 天线阵列的有效功率，即使在信号覆盖受限的区域，也可以实现更好的蜂窝和 5G 连接。
紧凑型设计可节省高达 35% 的电路板空间，而传统设计需要四个或以上的分立式开关，进行相关匹配以及耗费数月工程资源。这可简化并加快多模、多频段系统的电路板设计。
在 eCall 解决方案中使用完全集成的 QPC1251Q 和 QPC1252Q 可进一步简化设计，只需一个芯片即可代替 5 个独立开关完成相关工作。这种设计方法可用于 4G 和 5G 芯片组，无需使用多个开关，降低了系统总功耗，同时允许汽车制造商连接主天线和辅助天线。在 DSDA 或非 DSDA 解决方案中使用这两种高度集成组件的好处包括：
- 灵活的单组件解决方案
- 设计简单的解决方案，支持复杂的 eCall 天线路由
- 无需使用多个开关，也无需在 TCU 模块上进行射频匹配
- 可实现灵活的开关控制
- 提供出色的插入损耗和隔离性能
- 高线性度和低功耗
- 适用于 5G 应用（高达 6 GHz）的宽带解决方案
- 集成式分频器，无需使用外部 PC 板或分立式分频器
- 完全符合 AEC-100 2 级认证要求的解决方案
从电子角度来说，我们的汽车越来越复杂，基本上成为一种新型移动设备。随着射频连接基础设施日益普及，我们的汽车将更加安全，彼此之间以及与我们现有无线生态系统之间的连接也更加紧密。天线电子设备的集成将有助于加快实现这种移动连接。Qorvo 等半导体公司正努力与汽车制造商和标准机构合作，以提供高度集成的解决方案，帮助汽车系统工程师满足新一代设计的需求。利用集成式 eCall 开关系统解决方案，我们将继续与客户合作，满足其复杂的设计需求，帮助客户打造高品质汽车。
