车联网的T-Box参考设计与解决方案

艾睿电子推出成熟的车联网参考设计

T-Box 在汽车市场的渗透率正在快速增长，从2018年的28.7%增长到2019年的32.5%。预计到2020年将达到43%，到2025年将达到95%，成为汽车的标配。主要推动因素是智能化以及汽车软件和服务的收入。此外，5G网络的兴起也将催化车联网和自动驾驶的发展。5G+V2X将成为下一代产品，信息安全的重要性也将日益凸显。

欧洲于2019年9月通过了C-V2X标准，美国于2019年11月通过了C-V2X标准。中国也于2020年1月将C-V2X作为唯一车联网通信标准，并开始在全国范围内小规模部署路侧单元（RSU），小规模车载单元（OBU，4G+C-V2X）将在2021年底进入试验阶段。预计在2021年至2025年之间，4G/5G与C-V2X将共存。到2025年，5G+V2X将实现大规模部署，高精度定位和地图将变得更加重要。

车联网可以分为车辆、道路和云端。目前，艾睿电子已经能够提供T-Box、OBU、RSU和摄像头的参考设计，并计划于2021年初推出一款移动应用程序，以解决4G(LTE)信号不稳定的问题。

艾睿电子自2018年以来推出了T-Box参考设计，最新的T-Box解决方案于2020年将4G与C-V2X结合，用于OBU（车载单元）或RSU（路侧单元）。预计将在2021年下半年推出5G+C-V2X OBU（或RSU）参考设计。目前的4G+C-V2X版本采用NXP i.MX8QX应用处理器处理V2X协议，使用移远通信的AG35和AG15通信模块，S32K14X微控制器管理车内的系统间消息，并结合Vishay的电源保护和超级电容作为备用电源，同时使用Molex的连接器和天线以提高可靠性和射频信号强度。

我们的4G+C-V2X车载单元（OBU）或路侧单元（RSU）由三个板卡组成：主MCU板、核心板和Wi-Fi板。主MCU板包含Quectel AG35和AG15通信模块及相关接口，核心板配备了i.MX8处理器并嵌入了带有V2X协议的SDK。我们在无锡测试站点提供免费和付费的经过验证的V2X协议栈许可，具有可靠的通信（500-800米）、非常短的延迟（50毫秒）、高精度定位能力，以及安全启动和空中固件升级（FOTA）的功能，同时提供用于产品评估和仿真的云平台和应用软件，帮助缩短产品上市时间。

NXP 提供强大的车载远程信息处理器和微控制器

NXP推出了一系列用于蜂窝车联网（C-V2X）应用的微处理器（MPU）和微控制器（MCU）。这些产品涵盖了i.MX系列产品，主要是i.MX 8DX系列产品。无论是从旧的T-Box产品进行升级，还是从零开始设计T-Box产品，i.MX 8DX都是一个非常合适的SoC。

i.MX处理器主要包括高端的iMX 8QuadMax、iMX 8QuadPlus、iMX 8DualMax，以及中端的iMX 8QuadXPlus、iMX 8DualXPlus、iMX 8DualX，还有最新的低成本版本iMX 8DXL和iMX 8SXL。

与中端的 iMX 8DualX 相比，高端的 iMX 8QuadPlus/iMX 8DualX 配备了四个 Cortex-A35 核心/两个 Cortex-A35 核心、32 位 DRAM DDR3L/LPDDR4、4K VPU、两个支持 AVB 的千兆以太网连接、一个 USB 3.0 接口和一个 USB 2.0 接口，而 iMX 8DualX 仅配备两个 Cortex-A35 核心、16 位 DRAM DDR3L/DDR4L、1080P VPU、一个千兆以太网连接和一个百兆以太网连接，以及两个 USB 2.0 接口。

新推出的 i.MX 8DXL/SXL 省去了 DSP 核心，并且不支持 GPU 和 VPU，但在以太网功能上有所增强。其拥有两条支持 AVB/TSN 协议的千兆以太网连接线，同时增强了安全性能。该芯片采用小型封装，使用六层板取代八层板，并取消了 HDI 板，从而降低了 BOM 成本。如果客户需要 USB 3.0，建议选择 iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus。

为了配合新产品的 i.MX 8DXL/SXL，NXP 还推出了一款兼容的电源管理芯片。此前，它与 PF8100 或 PF8101 搭配使用，而新产品则匹配 PF7100，以提供更高的功率和效率、减少电磁兼容性（EMC）问题、优化尺寸，并符合 ASIL-B 应用标准。

此外，NXP还推出了带有iMX SoC的S32K MCU，支持多种型号和规格。闪存容量从128K到8MB不等，SRAM容量从16K到1152K不等，eDMA最多支持32个通道，并提供多种封装规格和安全法规支持。与S32K1系列相比，S32K3系列在性能上得到升级，采用M7内核，支持最多四个内核，频率提升至320 MHz，内存从2MB扩展到8MB。安全功能不仅支持对称加密，还支持非对称加密。OTA功能支持A/B切换、固件回滚等。所支持的安全法规从ASIL B升级至ASIL B/D。以太网还支持TSN和AVB协议，同时提供8通道CAN FD，并支持I3C接口和更快的传输速度。采用NXP专有的MaxQFP封装，与LQFP封装相比，尺寸最多减少65%。

Vishay 的超级电容为车联网应用提供备份电源

什么是备用电源？当主电源消失时，系统会切换到备用电源来替代电力供应。车辆的备用电源通常用于在主电池停止工作时替代主电源，并提供备用电力以及处理后续工作，如存储数据或将数据传输到云平台。备用电源是否能够处理这些工作尤为重要。

以一个输入12V、输出3.3V的T-Box连接NXP S32K144核心芯片和AG35 LTE 4G芯片为例，当使用超级电容器设计备用电源时，有两种方法可供选择。一种方法是将超级电容器直接连接到12V上。由于超级电容器通常为3V或2.7V，此方法需要将多个超级电容器串联以涵盖所有电源，但这样会导致电容值下降。另一种方法是将超级电容器连接到3.3V的核心电源上。由于在事故发生时，大多数系统已经停止运行，因此只需要为核心电源供电，这样电容值会更高，成本会更低，尺寸也会更小。不足之处在于，某些芯片可能需要升压。

以LTE系统的运行为例，其最高工作电压为3V，最低工作电压为2.5V，每次放电电流为2A，持续500毫秒。根据公式，每个脉冲需要71.4mV。如果需要七个脉冲完成数据传输，则总共需要500mV。3V减去500mV正好是2.5V，即最低工作电压。根据公式，需要一个电容值为14F的超级电容器。Vishay公司提供在线计算器，只需输入上述相关参数，即可知道超级电容器所需的电容值。此外，您还可以直接查阅相应产品的规格说明书以供参考。

超级电容器也有两种电路设计。第一种是将超级电容器连接到系统中的3.3V电源，第二种是将超级电容器与电池并联连接。在第一种方法中，只要系统中存在3.3V电源，超级电容器就可以充电。当主电源消失时，超级电容器会接管放电，直到电压降至2.5V。由于具有较大的电容值，当3.3V电源恢复时，超级电容器可以自动充电，不需要过多的人工维护，同时支持电压较低。在第二种方法中，超级电容器与电池并联，因此需要更多的超级电容器串联，这会导致电容值较小、支持电压较高、尺寸较大，同时还需要处理冲击电流问题。

Vishay主要为V2X应用提供两个系列的超级电容器，即220ED2C和230EDLC-HV。220ED2C的额定电压为2.7V，230EDLC-HV的额定电压为3V。230EDLC-HV提供的额定电容值范围为8F至60F，可在85℃下使用超过1000小时，并能够快速充放电。此外，通过NTC温度传感器和厚膜电阻加热，超级电容器可以在低温环境下工作，且两个系列均支持AEC-Q200汽车标准认证。

Molex 提供用于车辆的稳定FAKRA连接器

对于车联网应用，必须采用稳定的连接器以确保系统的稳定运行。Molex 的 FAKRA 连接器是最适合的解决方案。FAKRA 的原意是德语中的“汽车专家”。FAKRA 连接器源自 SMB 射频连接器接口，其对应的命名与其他连接器不同，例如插孔被称为“阳性接点”，而插头被称为“阴性接点”。

汽车中主要有四种类型的信号连接器，包括使用FAKRA连接器的同轴链接、光纤链接、电屏蔽链接（如USB和LVDC）以及无线链接（如天线）。FAKRA主要用于地图和导航系统、电视和视频显示、数字信号广播、智能手机、无钥匙进入和启动系统、轮胎压力检测、方向盘/座椅预热、距离控制以及自动刹车系统的连接。

传统的FAKRA连接器在汽车中使用了11种颜色和对应的代码。例如，代码C是蓝线，连接到GPS系统，代码E是绿线，连接到电视1号信号线，并且常用于倒车影像。新一代FAKRA连接器增加了三种代码和颜色，分别是代码L为胭脂红，代码M为淡橙色，代码N为淡绿色，从而让设计汽车设备的工程师有了更多选择，这些连接器可以用于各种新的应用场景。

Molex 提供多种 SMB FAKRA 连接器，包括一些 PCB 连接器和电缆组件。自 2002 年以来，Molex 一直是一级汽车设备制造商的长期合作伙伴，拥有庞大的产品数据库，提供超过 400 个活跃的零件号，并支持高度定制化的产品，例如四向 FAKRA、双向 FAKRA、防水 FAKRA（IP-69K）、线束组件等，以满足客户的不同设计需求。

结论

车联网目前是最具潜力的市场应用之一。Arrow Electronics（艾睿电子）与恩智浦（NXP）、威世（Vishay）、莫仕（Molex）及其他制造商合作，提供成熟且完整的解决方案，将成为有意进入车联网市场的最佳合作伙伴。艾睿电子提供来自相关制造商的多种产品和技术服务，将帮助您迅速抓住市场机遇。