汽车电路设计要点

关键的外卖

• 开发汽车电路的基本要求。
• 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技巧。

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，汽车正变得越来越数字化，从安全气囊传感器到备份摄像头和车道辅助等安全和便利功能，样样都有。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整合到了汽车中。

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加关键的过程。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，通过模拟执行先进的良率和可靠性分析意味着现场故障和成功推广之间的区别。

电路设计的汽车要求

现代汽车拥有数百个ecu，几乎可以实现车辆的每一个功能元素

在新开发的车辆中通常有数百个电子控制单元(ecu)。ECU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挑战，从通信问题到电力分配困难。以下是汽车电路设计中遇到的一些常见问题:

• 布线连接问题这就需要使用“线控驱动”，其中机械连杆被传感器和执行器的安排所取代。
• 动力分配和混合驱动允许更小型化的高密度电力电子。
• 嵌入式系统建模这包括硬件架构、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、胎压等)需要数字控制回路。
• 虚拟样机在构建之前测试硬件和软件兼容性。
• 软件验证这确保了完整的系统功能，并降低了构建硬件的成本，随后解决了出现的任何问题。

在设计汽车电路时，有必要考虑到其他地方可能没有的多个综合因素。具体来说，汽车电子产品都是由成本和重量驱动的，但必须承受恶劣的环境，保持相对较低的层数，并最大限度地提高可靠性，预期寿命超过10年。

重要的是，您的PCB制造商能够生产特别小的电路板，因为大多数使用PCB的车辆空间有限。尽管尺寸很小，但必须通过编程来处理数字显示的所有内容。

汽车混合信号PCB布局策略

由于传感器数量众多，您必须小心混合信号路由。遵循良好的混合信号实践使用返回路径，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，避免在连接器之间定位电路。确保您的数字信号转换时间是可控的，在固体返回平面上没有间隙。

汽车电路标准

有各种各样的汽车电路标准。20世纪90年代，QS9000建立，确保质量管理体系。在21世纪，世界汽车制造商创建了一个新的质量管理体系，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制造商在进入汽车市场生产之前必须获得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顺利运行

在汽车电路设计中，注意电磁干扰(EMI)，也称为射频干扰(RFI)尤为重要。车辆的多个部件都容易受到RFI的影响，甚至包括保险杠或面板等非金属车身部件。因此，采取措施保证电子元器件的顺利运行至关重要。适当的屏蔽和接地将有助于降低不必要的电磁干扰和意外天线的风险。

汽车通讯

汽车高速通信总线(控制器局域网或CAN总线)可以在恶劣的电磁环境下工作，使其成为车辆设计的有用组成部分。不管使用的汽车网络协议，采取措施限制车载ECU的RFI暴露，以确保车辆安全运行和功能是非常重要的。

串扰也是汽车电路设计中的一个主要问题。可能会发生串声当一条线路的能量耦合到汽车中的通信总线时，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对电缆会导致串扰干扰。双绞电缆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，汽车以太网提供了强大的串扰抗扰性、信号完整性和更好的性能。

CAN总线布局

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/上升信号和其他开关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太大的问题，但是使用短而直接的节点性能总是更好。

汽车pcb的制造特点

汽车中有数百种汽车电路，其中许多体积小，结构紧凑，能够承受相对恶劣的条件

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，如聚四氟乙烯(PTFE)。这些衬底需要独特的制造能力，如特殊钻孔。

由于高密度的电子和电力，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，这使得它们也需要高密度互连(HDIs)。电镀技术，微孔钻孔和互连技术将需要应用于您的印刷汽车电路。

汽车电路衬底

陶瓷pcb的高热导率而且热膨胀系数使它们在汽车(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，除了高振动或腐蚀环境，还能保持得更好。陶瓷也特别适合于高功率密度的电路设计，进一步促进了它们在汽车电路中的潜在用途。

柔性电路板及其变体rigid-flex董事会，通常用于汽车行业。这是因为汽车行业的电路经常经历很多振动。具体来说，在材料堆叠中“超级灵活”的HA铜。这些电路可以经历反复的振动而不会受损。

可靠性测试

开展多种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，可靠性测试令人难以置信对成功很重要。PCB必须工作的环境是可变的，因此需要进行多次可靠性测试。

• 热冲击试验是汽车pcb较高耐热性的要求。pcb在260°C的锡膏中浸泡10秒三次。然后，检查pcb，以确保没有分层问题，凹凸或裂缝。
• 由于pcb必须在多雨和潮湿的环境中运行，温度-湿度偏差(THB)测试要求“PCB导电阳极丝(CAF)的流动性”是它的一个很大的方面。这是在相邻的通孔之间，通孔和电线之间，以及相邻的电线之间完成的。
• 热循环试验(TCT)必须进行。汽车的不同部位——底盘下方、发动机下方、传动部件处和发动机内部——都有各自的极端温度，该区域的电路板必须承受。

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ec相关的模拟提供了一个单一工具。仿真软件可以帮助设计人员在性能问题出现之前发现它们，进行风险评估，并在设计过程的早期识别集成问题。

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评估汽车ECU设计块的仿真功能。除了软件控制功能外，您还可以通过将线控设计与混合信号控制循环结合起来，执行完整的系统级分析。

借助PSpice电路模拟器的强大功能，您将能够最大限度地缩短设计周期，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。