汽车电路设计要领

关键的外卖

• 汽车电路开发的基本要求。
• 在汽车电路中尽量减少射频干扰的设计技巧。
• 汽车电路操作的制造和可靠性提示。

现代汽车比以往任何时候都更加数字化，需要先进的电路设计技能

如今，汽车变得越来越数字化，从安全气囊传感器到安全和便利的功能，如备份摄像头和车道辅助。我们目前正处于“汽车复兴”时期，所有这些新的电子技术都被应用到我们的汽车中。

然而，在整合如此多的电子功能时，总是存在故障的风险，这使得汽车电路设计成为一个更为关键的过程。基于元件公差、温度变化和其他参数的电子电路功能和可靠性仿真变得越来越重要。在汽车电路设计中，通过仿真执行先进的良率和可靠性分析意味着现场故障和成功推出的区别。

汽车电路设计要求

现代汽车有数百个ecu，几乎实现了车辆的每一个功能元素

新开发的车辆通常有数百个电子控制单元(ecu)。各种ECU的例子包括安全气囊、四轮驱动、GPS导航系统、高级驾驶辅助系统(ADAS)、娱乐系统、摄像头、激光雷达和其他传感器。

大量的电子产品在开发过程中带来了一系列的挑战，从通信问题到电源分配困难。以下是汽车电路设计中常见的问题:

• 线路连接问题这就需要使用“线控驱动”，用传感器和执行机构的安排取代机械连杆。
• 电源分配和混合动力驱动考虑到更小型化的高密度电力电子设备。
• 嵌入式系统建模这包括硬件体系结构、软件需求和功能需求。
• 混合信号仿真由于大量的模拟传感器(氧气，轮胎压力等)需要数字控制回路。
• 虚拟样机在构建之前测试硬件和软件的兼容性。
• 软件验证这确保了完整的系统功能，并降低了硬件构建的成本，随后解决了出现的任何问题。

当为汽车电路设计时，有必要考虑到你可能在其他地方没有经历过的多个综合因素。具体来说，汽车电子产品既需要成本又需要重量，但必须能够承受恶劣的环境，保持相对较低的层数，并将可靠性最大化，寿命超过10年。

重要的是，你的PCB制造商有能力生产特别小的电路板，因为大多数车辆使用PCB有有限的空间。尽管尺寸很小，但必须通过编程来处理所有数字显示的内容。

汽车混合信号PCB布局策略

由于传感器数量众多，您必须小心使用混合信号路由。遵循良好的混合信号实践通过您的返回路径，例如隔离模拟和数字组件，并将返回路径路由到单独的导体上。此外，保持信号环路区域尽可能小，避免定位电路之间的连接器。确保您的数字信号转换时间得到控制，并且在坚实的返回平面上没有间隙。

汽车电路的标准

有各种各样的汽车电路标准。20世纪90年代，为了确保质量管理体系，QS9000被建立起来。在21世纪，世界汽车制造商建立了一个新的质量管理体系，被定义为ISO/TS16949。该标准整合了汽车行业的要求，涵盖了汽车供应链中的缺陷预防、质量波动和减少浪费。许多PCB制造商必须在进入汽车市场生产之前实现ISO/TS16949证书。

射频干扰电路设计

汽车电路板对射频干扰特别敏感，需要采取多种预防措施才能平稳运行

在汽车电路设计中，要特别注意电磁干扰(EMI)，也称为射频干扰(RFI)。车辆的多个部件都容易受到射频干扰——甚至是车身的非金属部件，如保险杠或面板。因此，采取措施保证电子元器件的平稳运行是至关重要的。适当的屏蔽和接地将有助于减少不必要的电磁干扰和无意天线的风险。

汽车通讯

汽车高速通信总线(控制器区域网络或CAN总线)是为了在恶劣的电磁环境中工作，使其成为汽车设计的一个有用的部分。不管使用的汽车网络协议，采取措施限制车载ECU的RFI暴露，以确保车辆的安全运行和功能是非常重要的。

串音也是汽车电路设计中的一个主要问题。相声可以发生当一条线路的能量耦合到汽车通信总线时，会降低汽车网络的信号完整性。在汽车通信网络中，捆扎电缆和在线束中有多个对会导致串扰干扰。双绞线是限制这些影响的一个很好的解决方案。此外，与其他汽车通信协议相比，汽车以太网具有较强的串扰抗扰性、信号完整性和更好的性能。

CAN总线的布局

由于相对较低的速度(按照今天的标准)，CAN总线的布局不像其他需要Gb/s传输速率的协议那样密集。尽管如此，将快速下降/上升信号和其他交换节点置于与数据线的安全距离，以避免电感耦合仍然很重要。长度匹配在异步层次结构中不是一个太大的问题，但是对于短而直接的节点，性能总是更好。

汽车pcb的制造特点

汽车上有数百种汽车电路，其中许多小而紧凑，能够承受相对恶劣的环境

汽车防撞和预测紧急刹车需要PCB与微波高频信号通信。因此，推荐使用低介电损耗的衬底材料，如PTFE(聚四氟乙烯)。这些基板需要独特的制造能力，如特殊的钻孔。

由于电子和电力的高密度，汽车产生更多的热量。随着越来越多的混合动力和电动汽车的开发，需要先进的动力传输系统，进一步增加了散热和大电流能力的必要性。因此，应增加多层pcb中的铜引线和金属的厚度。

现在的汽车拥有智能手机、电脑、娱乐系统和通信系统的许多功能，因此也需要高密度互连(HDIs)。电镀技术，微通孔钻孔和互连技术将需要应用到您的印刷汽车电路。

汽车电路基板

陶瓷多氯联苯的高热导率而且热膨胀系数让它们在汽车(和航空航天)应用中特别有用。这是因为标准fr -4基pcb在高温高压等极端条件下经常会出现缺陷。另一方面，陶瓷电路板在这些条件下，除了高振动或腐蚀性环境，保持得更好。陶瓷也特别适合于高功率密度的电路设计，进一步提高了它们在汽车电路中的潜在用途。

灵活的电路板，以及他们的变体rigid-flex董事会，通常用于汽车工业。这是因为汽车行业的电路经常经历很多振动。具体来说，“超级灵活”的HA铜在材料堆叠。这些电路可以经历反复的振动而不被损坏。

可靠性测试

进行多次可靠性测试以减少汽车现场故障是至关重要的

在开发汽车电路时，可靠性测试是不可思议的对成功很重要。PCB必须运行的环境是可变的，因此需要进行多次可靠性测试。

• 热冲击测试是汽车pcb更高的耐热性所必需的。将pcb浸入260°C的锡膏中10秒，共3次。然后，检查pcb，以确保没有分层问题，碰撞，或裂缝。
• 由于多氯联苯必须在极端多雨和潮湿的环境中工作，温度-湿度偏差(THB)试验“PCB导电阳极灯丝(CAF)移动性”是它的一个重要方面。这是在相邻通孔之间，通孔和导线之间，以及相邻导线之间完成的。
• 热循环试验(TCT)必须进行。汽车的不同部分——底盘下方、发动机下方、传动部件和发动机内部——都有各自的极端温度，该区域的电路板必须承受这些温度。

利用PCB工具进行汽车电路设计

PSpice可以协助多个验证和可靠性步骤，确保提高性能和高质量的ECU交付

PSpice为所有与uc相关的模拟提供了一个单一工具。模拟软件可以帮助设计师在性能问题出现之前发现它们，进行风险评估，并在设计过程早期识别集成问题。

使用PSpice，您将能够避免后期设计更改，并具有在任何所需抽象级别上评估汽车ECU设计块的模拟功能。除了软件控制功能外，您还可以通过合并混合信号控制环的线控设计来执行完整的系统级分析。

通过PSpice电路模拟器的强大功能，您将能够最小化设计周期，提高性能，自动化设计任务，执行高级分析，并交付满足汽车行业质量和可靠性标准的ecu。

Cadence还提供了一系列对成功的汽车电路设计至关重要的工具。例如，灵敏度分析工具可以帮助您决定哪些组件需要更严格的公差。使用烟雾分析功能可以告诉您哪些组件由于功耗、结温变化或过电压可能导致的其他故障而受到压力。所有这些特性最终有助于确保更可靠的电路。