車載資通訊系統結合5G技術！ 專業ESD對策打造高可靠度車聯網

圖一、TVS應用在天線時的I-V曲線。晶焱

車載資通訊系統是整個車聯網的連線終端，提供車內各式資訊、並擔任對外通訊的管道。2020年，3GPP將5G NR V2X（5G New-Radio Vehicle to everything）納入標準後[1]，其在車載資通訊系統中的採用率逐年提升，此創新技術具有低延遲時間、涵蓋範圍廣等特點，將主導未來車聯網的發展。

5G NR V2X的實施需要更多的天線來實現車聯網通訊，包括在車輛之間進行直接通訊（V2V）、與基礎交通設施連接（V2I）以及與行人進行通訊（V2P）；5G NR V2X天線能夠即時地接收資訊，讓車輛馬上針對周遭路況做出反應，此優勢將大幅降低自動駕駛事故的發生率，達成真正的智慧交通。

天線中的ESD事件

然而，若5G NR V2X天線遇上ESD（Electrostatic Discharge）事件，智慧交通可能就一點也不「智慧」了。ESD可能導致天線模組被干擾、訊號衰減、通訊中斷或降低數據傳輸速率，甚至使天線模組完全故障，從而影響車聯網的安全性與效率。

天線本身是金屬材料製成，當然不太可能會被ESD打壞，但當ESD的能量過大時，可能會對「天線模組中的RFIC」造成影響。某些RFIC就對ESD相當敏感；應用在5G毫米波頻段之RFIC，會採用應用頻率較廣的GaAs場效電晶體（GaAs Field-Effect Transistor），比起以矽為原料做成的電晶體，GaAs場效電晶體對於ESD的耐受度較差[2]。由此可知RF製程IC相對於一般類比IC更容易遭受ESD能量的破壞，而在天線的RFIC部件當中，就屬收發器為最關鍵，若是被ESD損毀，可能造成電路功能異常，導致天線失效。

天線的靜電保護方案

為了使天線模組中的元件免於ESD破壞，晶焱科技開發了可以使用於5G天線的TVS（Transient Voltage Suppressor）AZ9817-01F、AZ9568-01F、AZ9565-01F。放置於天線的TVS須符合特定條件；（1）工作電壓：如圖一所示，在設計上須選擇恰當工作電壓之TVS，以確保接收器能接收到完整功率的訊號，使其峰值電壓不受TVS箝制所影響；表一中TVS之工作電壓分別為17 V/ 8 V/ 5 V，可依天線之發射功率來做工作電壓的挑選。另外應用於天線的TVS元件須為雙向，原因同上。

（2）寄生電容：TVS的寄生電容會導致天線諧振頻率的損失與變化[3]，AZ9568-01F之寄生電容低至0.4 pF，同時也能減少造成阻抗不匹配、導致訊號失真的影響。
AZ9568-01F 通過AEC-Q101可靠度驗證，可放心使用在車載應用上。另外，其IEC 61000-4-2 ESD耐受度高達30 kV，於8 kV ESD下箝制電壓為20 V，能在不影響天線運作的情況中提供最好的保護。

在車聯網實施全面的靜電防護措施相當重要；車載資通訊系統身為車聯網中的關鍵角色，隨著自駕車技術興起，更是攸關安全性。天線模組為車載資通訊系統向外溝通的橋樑，本文記載天線模組的靜電保護解決方案，以提供車載資通訊系統關鍵部件更完善的防護。

[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.