车载资通讯系统结合5G技术！ 专业ESD对策打造高可靠度车联网

图一、TVS应用在天线时的I-V曲线。晶焱

车载资通讯系统是整个车联网的连线终端，提供车内各式信息、并担任对外通讯的管道。2020年，3GPP将5G NR V2X（5G New-Radio Vehicle to everything）纳入标准后[1]，其在车载资通讯系统中的采用率逐年提升，此创新技术具有低延迟时间、涵盖范围广等特点，将主导未来车联网的发展。

5G NR V2X的实施需要更多的天线来实现车联网通讯，包括在车辆之间进行直接通讯（V2V）、与基础交通设施连接（V2I）以及与行人进行通讯（V2P）；5G NR V2X天线能够实时地接收信息，让车辆马上针对周遭路况做出反应，此优势将大幅降低自动驾驶事故的发生率，达成真正的智能交通。

天线中的ESD事件

然而，若5G NR V2X天线遇上ESD（Electrostatic Discharge）事件，智能交通可能就一点也不「智能」了。ESD可能导致天线模块被干扰、信号衰减、通讯中断或降低数据传输速率，甚至使天线模块完全故障，从而影响车联网的安全性与效率。

天线本身是金属材料制成，当然不太可能会被ESD打坏，但当ESD的能量过大时，可能会对「天线模块中的RFIC」造成影响。某些RFIC就对ESD相当敏感；应用在5G毫米波频段之RFIC，会采用应用频率较广的GaAs场效晶体管（GaAs Field-Effect Transistor），比起以矽为原料做成的晶体管，GaAs场效晶体管对于ESD的耐受度较差[2]。由此可知RF制程IC相对于一般模拟IC更容易遭受ESD能量的破坏，而在天线的RFIC部件当中，就属收发器为最关键，若是被ESD损毁，可能造成电路功能异常，导致天线失效。

天线的静电保护方案

为了使天线模块中的元件免于ESD破坏，晶焱科技开发了可以使用于5G天线的TVS（Transient Voltage Suppressor）AZ9817-01F、AZ9568-01F、AZ9565-01F。放置于天线的TVS须符合特定条件；（1）工作电压：如图一所示，在设计上须选择恰当工作电压之TVS，以确保接收器能接收到完整功率的信号，使其峰值电压不受TVS箝制所影响；表一中TVS之工作电压分别为17 V/ 8 V/ 5 V，可依天线之发射功率来做工作电压的挑选。另外应用于天线的TVS元件须为双向，原因同上。

（2）寄生电容：TVS的寄生电容会导致天线谐振频率的损失与变化[3]，AZ9568-01F之寄生电容低至0.4 pF，同时也能减少造成阻抗不匹配、导致信号失真的影响。
AZ9568-01F 通过AEC-Q101可靠度验证，可放心使用在车载应用上。另外，其IEC 61000-4-2 ESD耐受度高达30 kV，于8 kV ESD下箝制电压为20 V，能在不影响天线运作的情况中提供最好的保护。

在车联网实施全面的静电防护措施相当重要；车载资通讯系统身为车联网中的关键角色，随着自驾车技术兴起，更是攸关安全性。天线模块为车载资通讯系统向外沟通的桥梁，本文记载天线模块的静电保护解决方案，以提供车载资通讯系统关键部件更完善的防护。

[1] 3GPP TS 38.101-1 version 16.5.0 Release 16 (2020)
[2] J. M. Beall; G. I. Drandova IEEE CSIC-S Dig. 2005, 276-279.
[3] L. Xu; X. Chen; S. Tan; Z. Hu; B. Ying; T. T. Ye; Y. Li IEEE Sens. J. 2020, 20, 23.