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车用小型晶振的开发
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PCB/其它元器件展厅
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随着汽车对电子设备的要求提高,车 用晶振小型化、高精 度化的趋势也越来越 明显。本文以村田制 作所作为案例,对车 载 LAN 的动向及其对 所使用计时装置的性 能需求进行了详细的 分析,努力为读者呈 现晶振小型化的转变 历程。

汽车的电装化比如引擎控制、制动控制、转向控制在 ADAS( 高级驾驶辅助系统)中不可或缺, 其重要性越来越高。 它们都是通过 ECU (电控单元)来进行 控制的,作为支配其 动作的时钟源计时装置是必须的。ECU 通过和 CAN、FlexRay 等车内 LAN 相连接,需要瞬间传输和处理大量数据,从而需要 高品质、高精度的时钟。

车载 LAN

现在的车载 ECU 间的通信中最常用的 CAN 是经 ISO11898 和 ISO11519-2 认证的通信规格,最大通信速度可达 1Mbps。这 里所使用的时钟设备的精度是由可达到 ECU 间的通信标准的配 备条件来决定的,一般来说±3,000ppm 精度的话是不会产生使 用上的问题。

另外,FlexRay 通信速度最大可提高到 10Mbps,并且还能 实现 X-by-Wire 的实时控制,是一种可用于转向和刹车、悬挂等 控制中的通信方式。和 CAN 相比的话由于其通信速度加快了, 所以要求精度必须在 ±500ppm 以内。

作为最近的热门话题,车载 Ethernet 的讨论正在进行中。 Ethernet 是一种通过 IEEE802.3 标准化的通信方式,主要在 OA 设备等中被运用于 100BASE-T 等。将其导入汽车 LAN,可应用 于情报系统、相机的图像信号传输等。这里的通信用时钟设备 也起着重要作用,需要数百 ppm 的精度。

像这样通过 CAN 来普及的车载 LAN 需要大容量高精度的 通信,与此同时时钟设备也需要高精度。

时钟设备

车载用晶振从插脚型产品向8045 →5032 →3225 和小型化转变。这是由于晶体产品整体的包装都在往小型化方向转变,加上汽车特殊的高温动作(+150℃)的要求,对提高焊接裂纹耐性等的要求也提高了。特别是为了提高ECU 的处理性能,动作频率趋于高频化,可以预见小型化的需求将更加激烈。车载用电子元器件中:

1. 广范围的动作温度(-40 ~+125℃、根据场合不同也可达到+150℃)
2.AEC-Q200 所代表的高信赖性
3. 零缺陷等品质面的高要求

案例公司村田制作所已将满足这些要求的车载用晶振(HCR®)产品化。HCR®是以CERALOCK®的包装为基本构造,在内部安装了芯片的新产品,满足了CERALOCK. 所达不到的高频率、高精度的要求。主要特征是:

1. 彻底防止灰尘颗粒的制造工艺
2. 焊接裂纹耐性提高的产品设计
3. 实现了和现有的大尺寸晶体同等特性的小型尺寸

晶振有时会因为灰尘而发生不振动的慢性不良,所以零缺陷成为了重点。村田从生产线的构造阶段开始,以不产生灰尘,并通过去除检查确立了独有的灰尘排除技术。焊接裂纹通过电路板电极尺寸的最优设计,达到热冲击在3000 周期时裂纹进展率也能控制在50% 以下。包装采用的是CERALOCK. 常年实践下来的独特的非密封包装“cap chip ”的构造。这是一种采用在陶瓷平板上将金属帽用树脂密封的简单构造,可以最大限度利用基板面积,使产品尺寸的比例足以安装大型的芯片,在实现低ESR 的同时,兼备高经济性。

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产品规格

车载HCR®「XRCHA-F-A」系列的产品外观如图1 所示,产品规格如图2 所示。车载用晶体时钟的需求很多,从16MHz 到24MHz 都有相应产品。采用的尺寸是2.5×2.0mm,和同一频带的传统晶体相比体积减少了37%。此外,原来的晶振使用的是玻璃密封和熔接的是密封性的封装,HCR. 如上所述,是在平板上用金属帽这种简单的构造,既经济又同时实现了高品质的晶振。主要面向ECU、ABS、EPS、车身ECU 等,标准的高精度化车载ECU 的应用。工作温度范围是-40 ~+125℃,但是也可以被应用在+150℃的环境。

展望

纵观自动控制技术,不仅高精度高性能的ECU 间通信,今后还将进一步和各种各样的传感器节点、外部通信情报连接。另一方面,追求速度和效率的车载用时钟装置的小型化、高精度、高信赖性包括成本都将根据顾客的需求进行开发和产品化。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (5/27/2014)
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