Los inductores multicapa desempeñan un papel esencial en las aplicaciones PoC de automoción

Es probable que los nuevos vehículos de gama alta y media que circulan por las autopistas utilicen conjuntos de cables de alimentación sobre coaxial (PoC) para transmitir la energía y los datos necesarios para los sistemas electrónicos de gran ancho de banda, y para reducir la complejidad del cableado y el peso total. Incluso los vehículos de menor costo están empezando a adoptar la tecnología PoC a medida que las aplicaciones de infoentretenimiento y asistencia al conductor avanzan en el mercado.

Las cámaras de marcha atrás y el frenado automático de emergencia son ahora obligatorios en todos los vehículos destinados al mercado estadounidense, independientemente de su precio. El cableado PoC ofrece una forma más sencilla y rentable de transmitir energía y datos a través de un único cable (Figura 1). Al reducir el peso, la tecnología puede ayudar a mejorar la eficiencia del combustible de los vehículos de gas y la autonomía de los vehículos eléctricos (VE). Los montajes de cables más sencillos también pueden ayudar a reducir el tiempo y la mano de obra necesarios para la instalación y el mantenimiento, ahorrar en el costo de los materiales y ampliar la línea de productos de un fabricante.

Figura 1: Esquema de un sistema típico de transferencia PoC. (Fuente de la imagen: TDK Corporation)

Sin embargo, la combinación de señales y potencia dentro de un único cable coaxial es intrínsecamente ruidosa, por lo que las aplicaciones PoC de automoción necesitan inductores de filtrado de alta impedancia para garantizar la fiabilidad operativa de los complejos sistemas electrónicos. Una adaptación de impedancias adecuada es esencial para evitar caídas de tensión, pérdidas de potencia y degradación de datos que podrían afectar negativamente al funcionamiento del vehículo.

Los inductores multicapa son cada vez más indispensables por su capacidad de garantizar transmisiones de señal limpias. Proporcionan alta inductancia e impedancia en factores de forma muy compactos que satisfacen las demandas de ahorro de espacio a medida que los fabricantes de automóviles aumentan la electrónica integrada.

Cómo se ajusta PoC a los requisitos de las aplicaciones de automoción

PoC racionaliza el suministro de energía y datos a través de un único cable, ahorrando en costos de material con menos componentes y reduciendo los posibles puntos de fallo.

La tecnología puede ampliarse con mayor facilidad para admitir funciones adicionales, lo que es fundamental a medida que los ensambladores se apresuran a agregar más sensores y otros componentes electrónicos para el infoentretenimiento y la seguridad, incluidos los cada vez más sofisticados sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS). Los vehículos de gama alta superan los mandatos para ofrecer características premium como la conducción autónoma de nivel 2, vistas de cámara de 360 grados y estacionamiento automatizado en paralelo y perpendicular.

Esto requiere la capacidad de manejar transmisión de datos a alta velocidad, video de alta resolución y comunicación en tiempo real. Las capacidades de gran ancho de banda y alta frecuencia de PoC son fundamentales en la implementación de sistemas de vehículos avanzados que dependen cada vez más de la fusión de multisensores, la conectividad 5G, las arquitecturas informáticas centralizadas y las capacidades informáticas de borde. PoC es compatible con estándares de la industria automovilística como FPD-Link III, con hasta 4 Gbps por enlace, y con transmisiones Ethernet para automóviles de hasta 10 Gbps.

Las aplicaciones de automoción deben diseñarse para cumplir normas estrictas, sobre todo en lo que respecta a las interferencias electromagnéticas (EMI) procedentes de las fuentes de alta frecuencia de un vehículo típico, como los sistemas de encendido y los motores eléctricos. El ruido EMI podría interferir con los sistemas esenciales de seguridad e infoentretenimiento que ayudan a los automovilistas a evitar colisiones por alcance, mantenerse en los carriles y reducir la velocidad o detenerse cuando hay vehículos, peatones u otros obstáculos en su camino.

El cable coaxial blindado ofrece cierta protección contra las interferencias electromagnéticas, pero como el PoC transmite tanto señales de alimentación como de datos, las aplicaciones requieren filtros para evitar la diafonía y la posible inestabilidad del sistema. Un capacitor en el lado de la línea de señal se utiliza para bloquear la corriente de la fuente de alimentación de CC y un inductor de filtro en la línea de alimentación evitará interferencias de señal de banda ancha.

Los inductores de filtro de la línea de alimentación suprimen el ruido y garantizan la integridad de la señal bloqueando las interferencias al tiempo que permiten que fluya la corriente continua. Se complementan con perlas de chip montadas en superficie que suprimen la EMI, minimizan la diafonía y proporcionan filtrado localizado.

Las microesferas y los inductores de filtro trabajan juntos para garantizar la transmisión sin fisuras de señales de potencia y datos de alta frecuencia a través de un único cable coaxial. Cada componente desempeña un papel complementario en la gestión del ruido y el mantenimiento de la integridad de la señal. Esto es crucial para garantizar un suministro de energía limpio y una comunicación de datos estable, lo que es esencial para la fiabilidad y la eficiencia de las aplicaciones de automoción PoC.

El papel de los inductores en los sistemas PoC

Los inductores estándar basados en bobinas se pueden utilizar para bloquear las señales de datos de alta frecuencia de la línea de alimentación permitiendo al mismo tiempo el paso de la corriente continua, pero pueden ser voluminosos y funcionar mal con el rango de alta frecuencia necesario para las aplicaciones PoC. Un filtro PoC típico constaría de cuatro inductores junto con microesferas, lo que ocuparía un valioso espacio en una placa de circuito impreso (PCB).

Los inductores multicapa son muy compactos y se adaptan mejor a las necesidades de espacio de las aplicaciones de automoción. Se forman apilando capas de materiales conductores y aislantes para formar una estructura monolítica compacta, lo que los hace ideales para su uso en sistemas de automoción.

A la hora de seleccionar un inductor multicapa óptimo, los diseñadores de productos deben encontrar un equilibrio entre rendimiento, tamaño y fiabilidad para garantizar un suministro de energía eficiente y la integridad de los datos. Las señales de datos de alta frecuencia de los sistemas PoC requieren inductores con una impedancia constantemente alta en amplios rangos de frecuencia, normalmente en el rango de MHz a GHz, para suprimir el ruido de forma eficaz. Una resistencia de CC (DCR) baja también es crucial para minimizar las pérdidas de potencia, especialmente en aplicaciones como los vehículos eléctricos.

Los diseñadores deben tener en cuenta el entorno de ruido y pueden decidir emparejar inductores multicapa con microesferas para mejorar la supresión de EMI. Un inductor multicapa y dos microesferas podrían sustituir a la combinación de cuatro inductores mencionada anteriormente, lo que reduciría considerablemente la superficie necesaria de la placa de circuito impreso.

Los inductores multicapa para aplicaciones PoC están diseñados para cumplir las estrictas normas de automoción, como la AEC-Q200, y proporcionan una supresión EMI superior a altas frecuencias. Se fabrican mediante procesos avanzados que se adaptan a las necesidades de producción de automóviles de gran volumen.

Inductancias de la serie MLJ-G de TDK

TDK Corporation ofrece una amplia gama de inductores para circuitos de filtrado diseñados para satisfacer los estrictos requisitos de las aplicaciones PoC de automoción. La serie MLJ-G está disponible en dos grupos de productos que presentan una alta impedancia para los componentes de CA utilizados en ADAS, además de ofrecer opciones para satisfacer diversas aplicaciones. Fabricados conforme a las especificaciones de la industria automovilística, estos inductores son lo suficientemente resistentes para soportar los golpes habituales en el funcionamiento de los vehículos y proporcionar una larga vida útil.

Los inductores más recientes de la serie MLJ1005-G, como el MLJ1005WGHR27PTD25 (Figura 2), miden 1,0 mm × 0,5 mm × 0,5 mm. Soportan hasta 480 mA de corriente y logran una alta impedancia a altas frecuencias con un deterioro mínimo para hacer frente al aumento de las velocidades de transmisión de datos en implementaciones PoC de automoción, como los sistemas de cámaras que utilizan transmisión SerDes.

Figura 2: Imagen representativa de un inductor TDK de la serie MLJ-1005-G. (Fuente de la imagen: TDK Corporation)

Los inductores de la serie MLJ1608-G son ligeramente más grandes, con 1.6 mm × 0.8 mm × 0.8 mm, y ofrecen un equilibrio entre tamaño y rendimiento. El MLJ1608WGCR56NTD25, por ejemplo, soporta una corriente de hasta 500 mA y tiene una variación reducida de la impedancia durante la aplicación de corriente en comparación con los inductores multicapa convencionales.

La serie MLJ1608-G alcanza una impedancia máxima de 2500 Ω y conserva niveles superiores a 1000 Ω entre un rango de frecuencias de 300 MHz y 2 GHz, filtrando eficazmente el ruido de alta frecuencia. Funcionan de forma fiable bajo vibraciones mecánicas y en un rango de temperaturas de -55 °C a +125 °C, cumpliendo las normas de la industria del automóvil.

Las líneas de productos MLJ-G utilizan materiales de ferrita de bajas pérdidas que absorben y dispersan la EMI para garantizar una disipación de energía mínima, lo que resulta crucial para mantener la integridad de la señal en entornos de automoción de alta frecuencia. Gracias a su baja resistencia de CC, minimizan las pérdidas de energía, garantizando una entrega de potencia eficiente incluso en diseños de automoción compactos y de alto rendimiento.

Emparejamiento de microesferas con inductores

Los diseñadores pueden mejorar sus aplicaciones PoC de automoción seleccionando microesferas supresoras de ruido que complementen a los inductores de la serie MLJ-G.

Las microesferas de la serie MMZ de TDK están diseñadas tanto para circuitos de señal como de alimentación. Proporcionan una alta impedancia en una amplia gama de frecuencias, lo que los hace adecuados para suprimir el ruido de alta frecuencia. La serie MPZ está optimizada para aplicaciones de línea de alimentación de automoción, ofreciendo baja resistencia de CC y alta capacidad de manejo de corriente para mantener la integridad de la alimentación en circuitos PoC.

Conclusión:

Los inductores de la serie MLJ-G de TDK, junto con las series MMZ y MPZ de microesferas, están diseñadas para satisfacer los estrictos requisitos de las aplicaciones PoC de automoción, garantizando un funcionamiento fiable y la integridad de la señal a medida que los fabricantes siguen agregando aplicaciones de seguridad e infoentretenimiento que dependen de señales de alta frecuencia y gran ancho de banda.