Auf das Timing kommt es an Mems-Taktgeber für autonomes Fahren

Bald werden Autos ihren eigenen Supercomputer haben. Und da die Taktgeber im Auto den Herzschlag dieser Systeme bestimmen, werden die Autos mehr als 70 Taktgeber benötigen. Während Autos heute auf Zeitsynchronisation für Applikationen wie GPS und Rückfahrkameras angewiesen sind, werden selbstfahrende Autos eine noch genauere Zeitmessung benötigen. Sie müssen die Zeit bis auf die Milliardstelsekunde genau einhalten!

Wenn die Zeitmessung versagt:

• kann Ihr Auto beim Fahrspurwechsel andere Autos nicht erkennen

• Sie könnten eine Reifenpanne haben und nicht benachrichtigt werden

• Ihr Navigationssystem würde ausfallen

Die AEC-Q100-qualifizierten MEMS-Taktgeberlösungen von SiTime Coroporation, Vertrieb durch SE Spezial-Electronic, bieten die Robustheit, Zuverlässigkeit und Leistung, die für den Betrieb der Fahrzeuge erforderlich sind.

Zunehmend werden moderne Fahrzeuge mit AD/ADAS-Funktionen ausgerüstet. Heute schon gang und gebe der Fahrspurassistent, Rückfahrkamera, Kollisionswarnung und vieles mehr. Diese erzeugen mehr Daten als je zuvor. Die Verarbeitung dieser Daten ist nur durch komplexere E/E-Systeme möglich, die mehr Taktgeber benötigen. Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie PCI-Express benötigen Takte mit gut kontrolliertem Jitter, um Übertragungsfehler auf dem Bus zu vermeiden.

Funktionale Sicherheitsanforderungen stellen weitere Anforderungen an AD/ADAS-Komponenten. Mit der Integration von immer mehr Sensoren und Kameras in die Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen wird ein explosionsartiges Datenaufkommen erzeugt, das für einen sicheren, autonomen Betrieb unerlässlich ist. Nach Angaben des Automotive Edge Computing Konsortium erzeugt ein Fahrzeug heute 2 TB pro Stunde und wird bis 2025 um das 10-fache auf 20 TB pro Stunde ansteigen.

Herzstück Taktsteuerungstechnologie

ADAS-Sensordaten müssen mit sehr hoher Geschwindigkeit innerhalb des fahrzeuginternen Netzwerks übertragen werden, selbst in den anspruchsvollsten Umgebungen, damit die ADAS-Computer rechtzeitig Entscheidungen für eine sichere, zuverlässige Fahrt treffen können. Die Taktung der Systeme ist das Herzstück jeder Hochgeschwindigkeitskommunikation. Die alte Taktsteuerungstechnologie ist eines der schwächsten Glieder in der heutigen hochentwickelten Fahrzeugelektronik. Quarzbasierende Bausteine sind anfällig für Vibrationen und Stöße, extreme Temperaturen und zeigen mit der Zeit einen Leistungsabfall.

„Da immer mehr Fahrzeuge mit ADAS-Technologien ausgestattet werden, wird präzises Timing zu einer kritischen Komponente für die Sicherheit“, sagte Piyush Sevalia, EVP Marketing, SiTime. „Die SiTime-Timing-Lösungen für den Automobilbereich unterstützen die Sicherheits- und Zuverlässigkeitsherausforderungen zu erfüllen und bieten den Automobil-OEMs und Tier-1-Zulieferern unübertroffene Vorteile. SiTime baut sein SAM weiter aus und bietet seinen Kunden in der Automobilindustrie ein höheres Leistungsniveau. Wir arbeiten heute mit führenden EV-OEMs zusammen, um Innovationen für das autonome Fahren zu liefern, die neu definieren, wie wir fahren, navigieren und unsere Autos erleben.“

Die Präzisions-Timing-Lösungen von SiTime, die auf der widerstandsfähigen und zuverlässigen Silizium-MEMS-Technologie basieren, sind für den Einsatz unter extremen Bedingungen konzipiert und gewährleisten den zuverlässigen Betrieb von ADAS-Computern, Domain-/Zone-Controllern, Radar- und LiDAR-Subsystemen. SiTime MEMS-Oszillatoren bieten hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei Temperaturen von -55 bis 125°C in einem sehr kleinen Gehäuse. Die Bauteile bieten eine hervorragende dynamische Leistung, einschließlich hoher Stabilität bei schnellen Temperaturänderungen (dF/dT), Unempfindlichkeit gegenüber Schock und Vibrationen und geringem Jitter. Außerdem ist die FIT-Rate bis zu 50-mal besser als die von Quarzkristallen, was das Erreichen von Zielen der funktionalen Sicherheit erleichtert.

Zuverlässiger Taktung ist für ADAS unerlässlich

ADAS-Computer (Advanced Driver Assistance System) sind die Gehirne der selbstfahrenden Autos von morgen. Sie sammeln Daten von verschiedenen Sensoren wie Radar, LiDAR und Kamerasystemen. Die Daten werden verarbeitet, Fahrentscheidungen werden getroffen und Steuerbefehle werden an die verschiedenen Systeme des Fahrzeugs (Antriebsstrang, Lenkung, Bremsen und so weiter) ausgegeben. ADAS-Computer benötigen deshalb mehrere Taktgeber:

• Ein Takt mit geringem Jitter ist für den ordnungsgemäßen PHY-Betrieb unerlässlich, da die Dateneingabe in der Regel über einen PHY (wie MIPI A-PHY, FPDLink oder GMSL) erfolgt.

• PCI-Express wird häufig für den On-Board-Datenaustausch von Gerät zu Gerät verwendet. Hierfür sind differenzielle 100-MHz-Takte erforderlich, möglicherweise mit Spread-Spectrum.

• Multi-GB-Ethernet für die Board2Board-Kommunikation braucht differenzielle 156,25-MHz-Takte mit wenig Jitter.

• SoC, Prozessoren und andere Geräte benötigen Allzweck-Taktsignale.

• Ein 32,768-kHz-Takt ist für die Zeitmessung und in einigen Systemen für Sicherheitsfunktionen erforderlich.

SiTime-Oszillatoren bieten mehrere Vorteile gegenüber Quarzkristallen, die für Anwendungen in der Automobilindustrie besonders wichtig sind.

• Bis zu 50-mal höhere Zuverlässigkeit. Abgesehen von der Verringerung der Anzahl von Feldausfällen führt eine höhere Zuverlässigkeit zu einer geringeren FIT-Rate. Damit zu besseren Hardware-Sicherheitsmetriken in einer FMEDA, der quantitativen Analyse, die im Rahmen einer Bewertung der funktionalen Sicherheit erforderlich ist.

• Bis zu 100-mal bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Schock, Vibrationen und elektromagnetischen Störungen aufgrund der geringeren Größe (0,4 x 0,4 mm) und Masse von MEMS-Resonatoren im Vergleich zu Kristallen.

• Bessere Frequenzstabilität (bis zu ±100 ppb) und Frequenzreaktion auf Temperaturänderungen dF/dT (bis zu < ±1 ppb/°C). Diese Eigenschaften sorgen für eine bessere Anbindung an GNSS und V2X.

Fazit

Die Differenzialoszillatoren für den Einsatz in Automotiv-Bereich, sind 10x belastbarer und gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb von ADAS unter extremen Straßenbedingungen und Temperaturen. Die Präzisions-Timing-Lösungen basieren auf der robusten und zuverlässigen Silizium-MEMS-Technologie und versorgen Hochleistungssysteme mit präzisen Timingsignalen.