Os indutores multicamadas têm um papel essencial nas aplicações automotivas de PoC

Os veículos mais novos de alto e médio porte que viajam pela rodovia provavelmente estão utilizando cabos de conexão PoC (sigla em inglês para Alimentação via Coaxial) para transmitir a alimentação e os dados necessários para sistemas eletrônicos de alta largura de banda e reduzir a complexidade da fiação e o peso total. Mesmo veículos de baixo custo estão começando a adotar a tecnologia PoC, à medida que as aplicações de infoentretenimento e assistência ao motorista avançam no mercado.

As câmeras de marcha-ré e os freios automáticos de emergência são agora obrigatórios em todos os veículos do mercado americano, independentemente do preço. O cabeamento PoC fornece uma maneira mais simples e econômica de transmitir alimentação e dados por meio de um único cabo (Figura 1). Ao reduzir o peso, a tecnologia pode ajudar a melhorar a eficiência de combustível dos veículos movidos a gasolina e a variedade de veículos elétricos (EVs). Cabos de conexão mais simples também podem ajudar a diminuir o tempo e a mão de obra para instalação e manutenção, economizar no custo dos materiais e escalar a linha de produtos de um fabricante.

Figura 1: Esquema de um sistema típico de transferência de PoC. (Fonte da imagem: TDK Corporation)

No entanto, combinar sinais e alimentação em um único cabo coaxial é inerentemente ruidoso, portanto, as aplicações automotivas de PoC precisam de indutores de filtragem de alta impedância para garantir a confiabilidade operacional de sistemas eletrônicos complexos. O casamento de impedância correto é essencial para evitar quedas de tensão, perda de potência e degradação de dados que podem afetar negativamente o funcionamento do veículo.

Os indutores multicamadas são cada vez mais indispensáveis pela sua capacidade de assegurar transmissões limpas de sinal. Eles fornecem alta indutância e impedância em fatores de forma muito compactos que atendem às demandas de economia de espaço à medida que os fabricantes automotivos acrescentam eletrônica na placa.

Como a PoC se alinha com as exigências das aplicações automotivas

A PoC simplifica o fornecimento de energia e dados por um único cabo, poupando nos custos de material com menos componentes e reduzindo os potenciais pontos de falha.

A tecnologia pode ser escalada mais facilmente para suportar recursos adicionais, o que é fundamental à medida que as montadoras se esforçam para adicionar mais sensores e outros componentes eletrônicos para infoentretenimento e segurança, incluindo sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) cada vez mais sofisticados. Os veículos de alto padrão estão ultrapassando os mandatos para oferecer recursos premium, como direção autônoma de nível 2, visão de câmera de 360 graus e baliza automática em paralelo e perpendicular.

Isto requer a capacidade de lidar com a transmissão de dados a alta velocidade, vídeo de alta resolução e comunicação em tempo real. As capacidades de alta largura de banda e alta frequência da PoC são críticas na implementação de sistemas avançados de veículos que dependem cada vez mais da fusão de vários sensores, conetividade 5G, arquiteturas de computação centralizadas e capacidades de computação de borda. A PoC pode suportar padrões do setor automotivo, como a FPD-Link III com até 4 Gbps por link e transmissão de Ethernet automotiva até 10 Gbps.

As aplicações automotivas devem ser projetadas para atender a padrões rigorosos, especialmente quando se trata de interferência eletromagnética (EMI) de fontes de alta frequência em um veículo típico, como sistemas de ignição e motores elétricos. O ruído EMI pode interferir com sistemas essenciais de segurança e de infoentretenimento que ajudam os motoristas a evitar colisões de ré, a manter-se nas faixas de rodagem e a reduzir ou parar quando há veículos, pedestres ou outros obstáculos no seu caminho.

O cabo coaxial blindado fornece alguma proteção contra EMI, mas como a PoC transmite alimentação e sinais de dados, as aplicações requerem filtros para evitar diafonia e potencial instabilidade do sistema. Um capacitor na linha de sinal é usado para bloquear a corrente da fonte de alimentação CC, e um indutor de filtro na linha de alimentação evitará a interferência do sinal de banda larga.

Os indutores de filtragem na linha de alimentação suprimem o ruído e asseguram a integridade do sinal, bloqueando as interferências e permitindo a passagem da corrente contínua. São complementados por contas de chip de montagem em superfície que suprimem a EMI, minimizam a diafonia e fornecem filtragem localizada.

As contas de chip e os indutores de filtro trabalham em conjunto para assegurar a transmissão sem falhas da alimentação e dos sinais de dados em alta frequência por um único cabo coaxial. Cada componente desempenha um papel complementar no gerenciamento do ruído e na manutenção da integridade do sinal. Isto é crucial para garantir um fornecimento de energia limpa e uma comunicação de dados estável, o que é essencial para a confiabilidade e eficiência das aplicações automotivas de PoC.

O papel dos indutores nos sistemas PoC

Os indutores padrões baseados em bobinas podem ser usados para bloquear os sinais de dados de alta frequência da linha de alimentação, permitindo a passagem da alimentação CC, mas podem ser volumosos e ter um desempenho ruim com a faixa de alta frequência necessária para aplicações de PoC. Um filtro PoC típico consistiria em quatro indutores juntamente com contas de chip, ocupando um espaço valioso numa placa de circuito impresso (PCI).

Os indutores multicamadas são altamente compactos e mais adequados às necessidades de espaço limitado das aplicações automotivas. São formados pelo empilhamento de camadas de materiais condutores e isolantes para formar uma estrutura monolítica compacta, o que os torna ideais para utilização em sistemas automotivos.

Ao selecionar um indutor multicamada ideal, os projetistas de produtos devem equilibrar o desempenho, o tamanho e a confiabilidade para garantir um fornecimento de energia eficiente e a integridade dos dados. Os sinais de dados de alta frequência em sistemas PoC requerem indutores com impedância consistentemente elevada em amplas faixas de frequência, normalmente na faixa de MHz a GHz, para suprimir o ruído de forma eficaz. A baixa resistência CC (DCR) é também crucial para minimizar as perdas de energia, especialmente para aplicações como veículos elétricos.

Os projetistas devem ter em conta o ambiente de ruído e podem decidir combinar indutores multicamadas com contas de chip para uma melhor supressão de EMI. Um indutor multicamada e duas contas de chip podem substituir a combinação de quatro indutores mencionada anteriormente, reduzindo consideravelmente a área necessária da PCI.

Os indutores multicamada para aplicações PoC são concebidos para cumprir normas automotivas rigorosas, como a AEC-Q200, e proporcionam uma supressão superior de EMI a altas frequências. São produzidos utilizando processos avançados e escaláveis para necessidades de produção de automóveis em grande volume.

Indutores da série MLJ-G da TDK

A TDK Corporation oferece uma ampla gama de indutores para circuitos de filtro projetados para atender as rigorosas exigências das aplicações automotivas de PoC. A série MLJ-G está disponível em dois grupos de produtos que apresentam alta impedância para componentes CA utilizados em ADAS, além de oferecer opções para atender a diversas aplicações. Construídos de acordo com especificações de grau automotivo, estes indutores são suficientemente robustos para resistir aos choques comuns no funcionamento dos veículos e proporcionam uma longa vida útil.

Os indutores mais recentes da série MLJ1005-G, como o MLJ1005WGHR27PTD25 (figura 2), medem 1,0 mm × 0,5 mm × 0,5 mm. Suportam até 480 mA de corrente e atingem alta impedância a altas frequências com deterioração mínima para lidar com o aumento das velocidades de transmissão de dados em implementações PoC para automóveis, como sistemas de câmeras que utilizam transmissão SerDes.

Figura 2: Imagem representativa de um indutor da série MLJ-1005-G da TDK. (Fonte da imagem: TDK Corporation)

Os indutores da série MLJ1608-G são ligeiramente maiores, com 1,6 mm × 0,8 mm × 0,8 mm, e proporcionam um equilíbrio entre tamanho e desempenho. O MLJ1608WGCR56NTD25, por exemplo, suporta uma corrente até 500 mA e apresenta uma variação reduzida da impedância durante a aplicação da corrente, em comparação com os indutores multicamadas convencionais.

A série MLJ1608-G atinge uma impedância máxima de 2.500 Ω e retém níveis superiores a 1.000 Ω entre uma faixa de frequências de 300 MHz e 2 GHz, filtrando com eficácia o ruído de alta frequência. Operam de forma confiável sob vibrações mecânicas e numa faixa de temperatura de -55°C a +125°C, atendendo aos padrões da indústria automotiva.

As linhas de produtos MLJ-G usam materiais de ferrite de baixa perda que absorvem e dispersam a EMI para garantir a dissipação mínima de energia, o que é crucial para manter a integridade do sinal em ambientes automotivos de alta frequência. Com baixa resistência CC, minimizam as perdas de energia, garantindo um fornecimento eficiente mesmo em projetos automotivos compactos e de alto desempenho.

Combinando contas de chip com indutores

Os projetistas podem aprimorar suas aplicações automotivas de PoC selecionando contas de chip supressoras de ruído, que complementam os indutores da série MLJ-G.

As contas de chip da série MMZ da TDK foram concebidas para circuitos de sinal e de alimentação. Proporcionam uma elevada impedância numa vasta faixa de frequências, o que as torna adequadas para suprimir o ruído de alta frequência. A série MPZ está otimizada para aplicações automotivas na linha de alimentação, oferecendo baixa resistência CC e capacidades de lidar com corrente elevada para manter a integridade da alimentação nos circuitos de PoC.

Conclusão

Os indutores da série MLJ-G da TDK, juntamente com as séries MMZ e MPZ de contas de chip, foram concebidos para satisfazer as exigências rigorosas das aplicações automotivas de PoC, garantindo um funcionamento confiável e a integridade do sinal, à medida que os fabricantes continuam a acrescentar aplicações de segurança e de infoentretenimento que dependem de sinais de alta frequência e de elevada largura de banda.