汽车 RF 前端主要设计技巧请收藏

【Word版本下载可任意编辑】汽车RF前端主要设计技巧请收藏使用高度线性的有源或前端设备。

使用能够尽量减少RFFE中的插入损耗和减少总RF链路预算的组件。

关注RFFE的效率、电流消耗和功耗。

使用高性能RF滤波器，以尽量减少插入损耗、温度漂移和干扰。

考虑使用在单个封装中整合传输、接收和过滤功能的组件。

使用符合IATF和IEC行业标准的汽车应用级产品。

下面我们更深入地探讨RF共存、集成、天线设计、热管理、电池使用寿命和汽车可靠性的设计考量。

解决RF共存问题

需要流传输视频的用户希望在汽车中提供快速、可靠的服务，而在车辆内部通过网络开展流传输正迅速成为标准设置。因此，在维护流媒体服务时，务必限度地减少共存问题并降低线路损耗。

但是，限度地支持无线频段和标准之间的共存是一项艰巨的任务。如果未采用适当的滤波配置，在以下频率可能会增加共存问题：

2.4GHz:

Wi-Fi和蜂窝通信，如LTE频段41

Wi-Fi和蓝牙

SDARS（卫星数字音频广播服务）和LTE

5GHz:

Wi-Fi和V2X（802.11p和C-V2X）

V2X和U-NII（未经许可的国家信息根底设施）频段，具体为U-NII-3从2.4GHz和5GHz频谱图中可看到，在车联网中使用无线技术的带宽是多么拥挤。

那么，缓解这些共存问题的方法是什么？一些做法是在设计中使用高性能RF滤波器和高线性度有源器件。

滤波器可以减少无线电信号之间的带外干扰。

共存滤波器可以减轻传输信号可能存在的灵敏度降低现象。

如今的车辆通信支持天线和收发器之间的许多传输和接收路径，而隔离这些路径需要使用滤波器。这些滤波器必须：

隔离共存频段。

具有较低的插入损耗，以尽量减少传输功耗。

优化接收器灵敏度。

集成至关重要

移动电话行业已经从分立元件向高度集成的系统模块过渡。随着汽车中整合更多连接性，汽车制造商也必须随之相应转变。将更多的功能集成到前端模块(FEM)或滤波器模块中有助于简化RF设计，如下一个框图所示。

汽车工程师过去只关注GPS和蓝牙，但现在必须针对C-V2X等新无线标准，以及未来的5G新无线电(NR)开展设计。设计人员必须学习以下框图中所示的所有技术，同时将其融入汽车设计中。很有可能是使用移动电话技术作为跳板。

Qorvo工程师创立的RFFusion?可帮助我们的客户利用集成解决方案，有效地降低设计复杂性，并缩短上市时间。其中许多复杂模块包括嵌入式滤波器，进一步降低了RF复杂度和总链路预算。

天线和RFFE

想象一下将鲨鱼鳍天线连接到电缆，然后连接到汽车其他地方（通常在仪表盘中）的低噪声放大器(LNA)。虽然在传统车辆制造中使用电缆是很常见的做法，但长距离布线会导致天线和RFFE之间产生插入损耗（增加链路预算）。这也会增加LNA输入端的噪声系数(Nf)，特别是在蜂窝和Wi-Fi场景中，并降低信号和接收器的灵敏度。如果天线能接收到较低的功率电平，其灵敏度就会提高。

防止这种情况的一种方式是将鲨鱼鳍模块中的天线和RFFE组件安装在车顶，尽可能靠近信号输入，并设在任何布线之前。通过靠近天线集成RFFE，可以限度地减少NF并提高信号性能，而保持低NF也有助于提高接收器灵敏度。

此方法也可用于改良天线的传输功能。减少布线并将功率放大器(PA)置于接近天线的位置将有助于减少插入损耗和功耗。如果在发送信号之前，传输端需要更多的电源，也可以使用鲨鱼鳍模块中的补偿器放大信号，并补偿电缆长度造成的损耗和链路预算。

热管理

在汽车应用中，关键的设计挑战之一是车内和外部环境中的热管理。汽车产品会发热，这种温度升高现象会影响系统级RF调谐和性能。

所有无线连接和电子器件仍处在较小的汽车空间内。有限的区域内辐射热量会增加。发热也会影响汽车的可靠性，从而影响汽车的安全性能。

若要缓解发热问题，需要注意以下关键参数：

RFFE效率

电流消耗

功耗

设计人员可以使用一些传导和对流冷却的散热方法，但这些在汽车中的作用有限。而小尺寸的产品外形使这一热挑战变得更加复杂。以下技术有助于解决与热有关的RF问题：

使用组件制造商提供的PC板布局文件和评估板。您获取并使用制造商的设计，因为他们的布局经过了散热和热效率优化。

使用随温度条件变化或没有变化的RF滤波器。如下列图所示，由于温度变化，滤波器向左或向右漂移。对于汽车系统，务必使用具有出色的温度稳定性、低插入损耗和高品质因数的温度补偿滤波器，如Qorvo的BAW技术产品，帮助解决与热相关的问题（以及共存）。BAW技术的温度稳定性比SAW平均高50%。

使用高线性度前端产品。通过使用高线性度前端产品可提高PA效率，从而优化系统效率并减少热量。在RFFE中保持插入损耗至关重要，特别是在运行发热时。RFFE性能不佳会影响整个汽车系统的电流消耗，并增加系统处理器的工作负荷。而处理器高负荷工作反过来会导致发热，系统性能降低，并消耗车辆电池电量。

电池使用寿命

20**年，J.D.Power汽车可靠性研究指出，电池故障首次成为车主面临的十大问题之一。据其研究结果显示，电池是更换频繁的部件，与正常磨损无关。在使用了3年的汽车中，更换电池的比例为6.1%，比20**年增加了1.3%。他们发现，许多复杂的新型车载电子系统（如信息娱乐、智能手机连接、语音识别和无钥门禁）消耗的电流增加，使电池使用寿命缩短。

例如用于解锁和起动汽车的汽车遥控钥匙。车主使用此功能是为了方便，但它会耗尽汽车电池。如果将遥控钥匙靠近车辆或放在车内，发射器和接收器会持续通信，对车辆开展ping操作。测试说明，将