一、激光雷达(LiDAR)的防护挑战
激光雷达通常工作在12V电压下,其发射端需输出高达50A的脉冲电流,对TVS器件的峰值电流承受能力提出极高要求。与此同时,回波信号为纳秒级窄脉冲,任何额外延迟都可能导致信号失真。传统TVS响应时间约为1ns,已无法满足高精度信号完整性需求。
阿赛姆针对LiDAR应用场景开发了专用TVS产品,采用超快触发结构,将响应时间缩短至0.3ns。在50A瞬态冲击条件下,钳位电压仅为18V,完全符合VCSEL激光驱动芯片的耐压范围。该器件通过AEC-Q100 Grade 1认证,并已在某Robotaxi车型中完成超过10万公里的实际道路测试验证。
二、大算力芯片电源系统的浪涌保护
随着Orin、Snapdragon Ride等高性能SOC在自动驾驶平台中的广泛应用,其功耗普遍突破100W,核心供电电压低至0.8V,瞬态电流可达50A。这对电源路径上的TVS提出了严苛指标:动态钳位电压需控制在Vc<1.2V@100A以内,且动态电阻Rd应低于0.01Ω。
传统TVS器件的Rd约为0.5Ω,难以胜任此类高速低电压系统。阿赛姆推出的Power TVS系列通过增大芯片面积与优化掺杂工艺,成功将Rd降至0.05Ω。其中型号ESD0V8D5000TRA具备0.8V反向工作电压,50A条件下的实测Vc为1.15V,钳位精度达±3%,已成为国产大算力平台的关键配套元件。
三、功能安全与冗余架构设计
为满足L2+及以上自动驾驶系统的ASIL-B功能安全等级,TVS器件必须纳入整体失效分析流程,包括FTA(故障树分析)和FMEDA(失效模式影响诊断分析)。例如,摄像头电源端TVS若发生短路失效,可能直接导致模块断电,因此需在其后级串联PPTC自恢复保险丝,实现双重保护机制。
冗余设计尤为重要。某L3级系统采用双TVS并联方案,要求两颗器件的击穿电压偏差ΔVbr<0.5V,以确保均流误差小于10%。当其中一颗失效时,另一颗仍可承担70%额定电流,维持基本防护能力。阿赛姆提供基于同一批次晶圆的参数配对服务,筛选出ΔVbr<0.3V的匹配器件供客户使用。
四、高频接口的寄生电容控制
L2+级自动驾驶车辆通常配备5-10个摄像头及3-5颗毫米波雷达,数据接口速率从100Mbps提升至10Gbps,对TVS结电容提出极端限制。车载以太网1000BASE-T1标准要求TVS结电容Cj<3pF;而77GHz毫米波雷达中频信号链则要求Cj<0.5pF。普通TVS高达30pF的寄生电容会造成严重信号衰减。
阿赛姆射频TVS系列产品采用3D空气桥结构,有效降低电极间寄生电容至0.25pF以下,在20GHz频率下插入损耗<-0.5dB,完全满足高频信号接口需求。该系列产品已通过AEC-Q101 Grade 2认证,支持-40℃~+105℃工作温度范围,并在多款高端车型上实现批量应用。
五、电磁兼容性协同优化
自动驾驶传感器线束长度可达5米,易形成天线效应。TVS在进行浪涌钳位过程中产生的高频噪声可能干扰雷达接收机正常工作。行业标准规定,TVS在30MHz–6GHz频段内的辐射噪声需低于CISPR 25 Class 5限值至少6dB。
曾有车型在EMC测试中出现毫米波雷达误报警现象,经排查发现是TVS钳位动作在24GHz频点产生超标噪声。更换为阿赛姆低噪声TVS后,相关频段噪声下降8dB,问题得以解决。该器件通过优化芯片边缘电场分布,显著抑制雪崩击穿过程中的电磁辐射强度。
六、国产技术进展与生态布局
阿赛姆已完成自动驾驶领域TVS产品的全面布局,覆盖毫米波雷达接口、车载以太网、大算力SOC电源等多个关键节点。其车载以太网专用型号ESD100BT1通过OPEN Alliance认证,结电容低至Cj=2.5pF,在1000BASE-T1眼图测试中裕量超过20%。
目前,国产TVS在响应速度与寄生电容控制方面已达到国际先进水平,主要差距体现在长期可靠性数据积累上。国际厂商拥有长达15年的实车运行数据,而国内普遍不足5年。为此,阿赛姆开展加速寿命试验,模拟20年实际工况,累计获得超10000器件小时的可靠性数据,正逐步缩小差距。
七、选型关键要素与工程实践
- 明确接口速率:对于1Gbps以上高速接口,必须选用Cj<3pF的低电容TVS型号。
- 评估重复浪涌耐受性:传感器每日频繁上电可达百次,TVS需具备至少10000次浪涌寿命。
- 系统级EMC验证:单个器件通过EMC测试不代表整车系统合格,必须进行整机验证。
- 供应商失效分析能力:优选具备FIB、SEM等微观分析设备的技术支持团队。
- 本地化技术支持:鉴于自动驾驶项目周期紧张,供应商需具备快速响应能力。
阿赛姆提供48小时内响应的技术支持服务,FAE团队常驻主要车企现场,可及时处理技术问题。例如,在某L4级项目中因TVS布局不当引发EMC失败,阿赛姆工程师在24小时内完成仿真分析并提交优化方案,保障了项目关键节点的顺利推进。