挑選 ADAS 和車用資訊娛樂用的同軸電纜供電電感

汽車系統設計人員逐漸轉向同軸電纜供電 (PoC) 架構，利用單一電纜提供電力和高速數據。這種作法可縮小佈線體積並簡化系統設計，尤其是在數據密集的子系統中，例如先進駕駛輔助系統 (ADAS)、車用資訊娛樂和感測器驅動的傳動系統等。然而，若要實作可靠的 PoC T 型偏壓電路，就要謹慎挑選電感，以管理電力與數據傳輸的競用要求。

本文將概述 PoC T 型偏壓電路的設計。接著會介紹 Murata 針對汽車應用推出的 PoC 電感，並展示其如何支援設計人員，讓傳動系統、車輛安全和車用資訊娛樂系統用的 T 型偏壓電路達到最佳化。也會介紹兩個實用的電感挑選工具。

T 型偏壓電路設計對汽車 PoC 的重要性

T 型偏壓電路可將 DC 電力與高速數據訊號分離，因此是 PoC 系統中的關鍵元件。典型的汽車 PoC 應用會使用同軸電纜來連接感測器和控制單元，兩端的 T 型偏壓電路負責管理電力和訊號路徑 (圖 1)。這些電路中的電感會阻擋高頻訊號，以維持電源潔淨度，而電容則可避免 DC 電壓觸及敏感的串列器／解串列器 (SerDes) 模組。

圖 1：典型的 PoC 應用在同軸電纜的兩端使用 T 型偏壓電路，將 DC 電力與高速數據訊號分開。(圖片來源：Murata)

設計 T 型偏壓電路的電感時，必須仔細注意細節。為了避免訊號外洩到電源線，電感必須在寬廣的頻率範圍內保持高阻抗。如果阻抗不足，殘餘訊號能量可能會引發功率波動，進而降低系統效能。

在實務上，單一電感可能無法在所有相關頻率上提供足夠的訊號阻隔。因此，設計人員通常會採用多個電感，並使用配套電阻和電容來抑制反共振。反共振屬於窄頻段，其中的阻抗會下降，且濾波會變無效。這些效應是由不同頻率響應的多個元件相互作用而產生。

PoC T 型偏壓電路的設計難題

儘管多電感配置可以擴大 T 型偏壓電路的阻隔範圍，但也會帶來複雜性，每增加一個電感都會增加反共振的風險。管理這些相互作用需要額外的電阻和電容，因此會進一步增加元件數量和設計工作。

為了降低複雜性，設計人員通常會努力將需要的電感數量降至最低。單一寬頻電感就可降低反共振效應的可能性、提高濾波一致性，並有助於節省寶貴的電路板空間。後者對於緊湊的汽車子系統來說至關重要。

困難之處在於挑選正確兼顧阻抗、頻率響應和其他電氣特性的電感。這有挑戰性，一部分原因是 PoC 應用各有不同的要求。傳動系統、ADAS 和車用資訊娛樂系統都有不同的電力傳輸和數據頻寬需求組合，而且每個類別中的應用要求之間也有相當大的差異。

PoC T 型偏壓電路設計的單一電感作法

為了因應這些需求，Murata 開發了一系列電感，專為汽車PoC T 型偏壓電路而設計。此系列涵蓋多種效能特徵，能為設計人員提供靈活性，以滿足各種應用需求。

此系列中的每個解決方案皆可在寬廣的頻率範圍內提供高阻抗，這個效能特徵在以往需要多個電感才能達成。此特點可促成有效的訊號阻隔，同時將 T 型偏壓電路的尺寸和複雜性縮減至最小。可支援汽車設計目標的其他特點包括：

• 額定電流高達 1 A：適合供電給大電流負載，如傳動系統和 ADAS 系統中的感測器和致動器
• 高電流飽和度：在負載下維持電感值，以免在大磁場中效能下降
• 低 DC 電阻：在分離電力與訊號時減少損耗，並提高整體電源效率
• 屏蔽式結構：將電磁干擾 (EMI) 降至最低，可支援周圍電路可靠運作
• 緊湊的外形尺寸：節省板空間，以便用於密集的汽車佈局
• 工作溫度介於 -40°C 至 +125°C：可在惡劣的汽車環境中發揮效能
• AEC-Q200 認證和 RoHS 合規：符合汽車和環境標準

因具有這些特點，因此 Murata 的 PoC 電感系列非常適合多種應用，包括汽車安全系統、車用資訊娛樂和傳動系統控制。

傳動系統應用的 PoC 電感

傳動系統子系統通常含有數據傳輸率相當低的感測器導向式通訊。針對這些應用，高電感解決方案，如 LQW43FT180M0HL (圖 2)，就有助於確保穩定的電力傳輸。此裝置的 18 μH 額定值可在低頻下提供高阻抗，能有效阻隔不要的訊號內容。此效能可在其 40 MHz 的自共振頻率下維持，因此可良好配合典型傳動系統數據流的頻率範圍。

圖 2：LQW43FT180M0HL 是一款緊湊的寬頻寬電感，可在汽車 PoC T 型偏壓電路中當作多個電感。(圖片來源：Murata)

此電感的額定電流為 600 mA，適用於傳動系統中的多種週邊子系統。具有 160 mΩ 的低 DC 電阻，有助於將功率損耗降至最低，並採用 1812 封裝，尺寸為 4.5 mm × 3.2 mm × 3.7 mm，能為多電感設計提供緊湊的替代方案。

ADAS 應用的 PoC 電感

ADAS 應用必須處理來自感測器(如高解析度相機) 的更高數據傳輸率。LQW32FT2R2M0HL (圖 3) 就是專為此用途設計的 2.2 μH 中等電感值解決方案。其 200 MHz 的自共振頻率能針對高頻寬通訊提供有效的訊號阻隔。

圖 3：LQW32FT2R2M0HL 專為 PoC 應用而設計，可提供大功率和高數據傳輸率。(圖片來源：Murata)

除了高數據傳輸率外，ADAS 子系統通常還具有較高的功率要求。此電感的 1 A 額定值可滿足這些更高功率的需求，包括 LiDAR 感測器或自動車道保持系統所用的致動器。採用 1210 封裝，尺寸為 3.2 mm× 2.5 mm × 2.5 mm。

車用資訊娛樂應用的 PoC 電感

車用資訊娛樂系統通常以高數據傳輸率運作，但消耗的功率相對較少。LQW21FT2R0M0HL (圖 4) 可提供專為這些需求量身打造的緊湊型解決方案。具有 2 μH 電感和 230 MHz 的自共振頻率，可在高速音訊、視訊和導航數據流常用的頻率範圍內，提供有效的訊號阻隔。

圖 4：LQW21FT2R0M0HL 支援高數據傳輸率的汽車 PoC。(圖片來源：Murata)

此電感的額定電流為 400 mA，適用於低功率端點，例如車用資訊娛樂顯示器和多媒體控制模組。採用 0805 封裝，尺寸僅有 2.0 mm × 1.2 mm × 1.8 mm，非常適合電路板空間有限的應用。

實用的 T 型偏壓電感挑選工具

T 型偏壓電路的設計和w特徵化可能較複雜，尤其是在電氣效能與尺寸和系統限制的平衡層面上。為了簡化流程，Murata 提供兩種免費的線上工具，可協助工程師評估和挑選適合 PoC 應用的電感。

第一個是 T 型偏壓電感設計支援工具 (圖 5)。此工具能讓設計人員輸入 DC 電流、環境溫度和電纜特性等參數，即可產生完整的 T 型偏壓配置。此工具會自動推薦電感以及適當的電阻和電容，還會提供模擬效能圖，包括 S 參數和阻抗曲線，以更深入瞭解電路行為。

圖 5：T 型偏壓電感設計支援工具可簡化汽車 PoC 電感的挑選和 T 型偏壓電路的特徵化。(圖片來源：Murata)

除了模擬 T 型偏壓電路外，下拉式功能表也可讓使用者選擇特定的基準條件以利既算，包括不同的通訊協定和電纜參數。更提供一個選項可將雜散電容納入考量，以增強對實際效能的瞭解。

若要更全面的探索，Murata 的電感選購工具 (圖 6) 具有零件編號搜索功能，並可依照應用、電氣特性和尺寸進行篩選。選定後，使用者就可模擬電感的頻率特性，以及串聯和分流配置的 S 參數。如此就可省去查閱規格書與產品頁面的時間，能快速找到合適的元件。

圖 6：電感選購工具可快速評估各種應用的電感效能。(圖片來源：Murata)

結論

使用 Murata 的寬頻寬電感，就可在針對 PoC 設計複雜的 T 型偏壓電路時大幅簡化相關難題，每個電感都可取代以前需要多個元件的電路，進而節省空間並提高系統穩定性。Murata 提供一系列特定應用的電感和強大的線上設計工具，不僅克服重大阻礙，更能讓工程師輕鬆開發和採用 PoC 技術。