Mai 2012

SAW-Filter für den Einsatz im Automobil

Gut verpackte Telematik

Kraftfahrzeuge werden mit immer mehr Telematikanwendungen ausgestattet. Schlüsselbauelemente dafür sind miniaturisierte EPCOS SAW-Filter mit Qualifizierung nach AEC-Q200. Zum Produktportfolio gehören jetzt auch Filter im Chip-Sized SAW Package (CSSP®) mit einer Fläche von nur 1,4 × 1,1 mm2.

Telematik gewinnt im Straßenverkehr und damit auch in den Bordsystemen der Automobile immer mehr an Bedeutung. Die Liste der Technologien, die Telekommunikation und Informatik miteinander verknüpfen, wird für Personen- und Lastkraftwagen gleichermaßen immer länger. Dazu gehören die klassische, satellitengestützte Navigation mit Systemen wie GPS, Galileo, Glonass und das Mobiltelefon ebenso wie mobilfunkgestützte Verkehrsleitsysteme und der Internetzugang inklusive lokal bezogener Services. Darüber hinaus WLAN, Notrufsysteme wie eCall im Falle eines Unfalls, Flottenmanagement, Car-to-X-Kommunikation und Mautsysteme.


Bislang entfiel der überwiegende Anteil der Telematikfunktionen im Auto auf empfangende Geräte wie das GPS. Mit der zusätzlichen Nutzung des Mobilfunks sind nun zunehmend Geräte im Einsatz, die sowohl senden als auch empfangen. Dafür eignen sich insbesondere applikationsspezifische EPCOS SAW-Filter in unterschiedlichen Bauformen, die nach AEC-Q200 qualifiziert sind.

Zuverlässigkeit und Miniaturisierung in einem
Bisher mussten bei SAW-Filtern für Telematik- bzw. mobilfunk-basierte Applikationen im Auto mitunter Kompromisse eingegangen werden: Entweder wurden kleine Bauformen eingesetzt, wie sie typisch für die Mobilfunktechnik sind, oder höchst zuverlässige, robuste Varianten nach den Anforderungen der Automobilindustrie.


Nun ist es gelungen, für EPCOS SAW-Filter im CSSP mit den Abmessungen von 1,4 × 1,1 mm2 die geforderte hohe Zuverlässigkeit und die Qualifikation nach AEC-Q200 zu erreichen, wie sie für die Bauformen 3.0 × 3.0 mm2 bereits verfügbar ist. In der Mobilfunktechnik sind SAW-Komponenten im CSSP schon seit geraumer Zeit eine etablierte Standardgröße. Kompromisse zwischen Zuverlässigkeit und Miniaturisierung sind damit Vergangenheit (Abbildung 1).


Die neuen EPCOS SAW-Filter für Anwendungen in der Automobil-Elektronik sind die weltweit ersten in der miniaturisierten Bauform 1,4 × 1,1 mm2 mit Qualifizierung nach AEC-Q200. Das Produktspektrum der so qualifizierten, platzsparenden EPCOS SAW-Filter wird Kundenanforderungen entsprechend laufend erweitert.

Abbildung 1: Ansprüche der Automobilindustrie an SAW-Filter

Mit modernen Designprozessen lassen sich Miniaturisierung und Zuverlässigkeit in EPCOS SAW-Filtern für die Automobil-Elektronik kombinieren. Diese EPCOS Produkte sind nach AEC-Q200 qualifiziert.

Hohe Anforderungen an die Robustheit
Insbesondere der in der AEC-Q200 enthaltene Feuchtetest (85 °C/85 Prozent relative Feuchte, 1000 h), der rasche Temperaturwechseltest (1000 Zyklen −40 °C bis 85 °C beziehungsweise bis 125 °C) und Betriebstemperaturen bis zu 125 °C stellen eine große Herausforderung an die Zuverlässigkeit der Bauelemente dar. Um diese zu erfüllen, musste die Konstruktion der SAW-Filter entsprechend angepasst werden. Darin unterscheiden sie sich von SAW-Filtern, die nicht nach AEC-Q200 qualifiziert sind.

Langjährige Verfügbarkeit
EPCOS SAW-Filter für die Automobil-Elektronik zeichnen sich durch ihre lange Marktverfügbarkeit aus. Sie entsprechen den langen Produktzyklen der Applikationen, in denen sie eingesetzt werden, und erfüllen somit die strengen Anforderungen der Automobilindustrie. SAW-Filter werden an die elektrischen Anforderungen der gängigen ICs angepasst. Damit sind maßgeschneiderte AEC-Q200-qualifizierte EPCOS SAW-Filter verfügbar, welche den Kunden die Designarbeit ihrer Produkte erleichtern.

Breites Produktspektrum für satellitenbasierte Navigationssysteme
Bisher werden satellitenbasierte Navigationssysteme vorwiegend zur Standortbestimmung verwendet, etwa für das Flottenmanagement oder in Tracking-Systemen sowie als Lotse zu bestimmten Zielen. Für satellitenbasierte Navigationssysteme auf Basis von GPS, Galileo und Glonass gibt es ein großes Spektrum an AEC-Q200-qualifizierten EPCOS SAW-Filterbauelementen (Single und Diplexer). Verfügbar sind Bauformen mit Abmessungen von 3.0 × 3.0 mm2 bis zu 1,4 × 1,1 mm2, verschiedenen Mittenfrequenzen, Einfügedämpfungen und Nutzbandbreiten. Selbstverständlich werden auch für das chinesische Satellitennavigationssystem COMPASS geeignete EPCOS Filter entwickelt. Tabelle 1 zeigt eine Auswahl des aktuellen Produktspektrums.

Tabelle1: AEC-Q200-qualifizierten EPCOS SAW-Filter für satellitenbasierte Navigation

Anwendung

Beschreib-

ung

Mitten-

frequenz
[MHz]

Bandbreite
[MHz]

Einfüge-

däm-

pfung
[dB]

Typ

Gehäuse-

größe
[mm2]

GPSFilter1575,42,41,3B35203,0 × 3,0
GPSFilter1575,42,03,2B35213,0 × 3,0
GPSFilter1575,42,01,6B35223,0 × 3,0
GlonassFilter1601,50172,5B35293,0 × 3,0
GPS/Galileo/GlonassFilter1588,00562B39133,0 × 3,0
GPS/Galileo/GlonassFilter1585,50411,9B35193,0 × 3,0
GPS/Galileo/GlonassFilter1586,00421,9B35173,0 × 3,0
GPS/GalileoFilter1575,431,0B43001,4 × 1,1
GPS/Galileo/GlonassFilter1588,6634,471,5B43101,4 × 1,1
GPS/Galileo/GlonassDiplexer1575,42
1601,50
10
10
3,8
3,6
B35183,0 × 2,5
GPS/SDARSDiplexer1575,42
2332,50
6
25
1,2
1,4
B39203,0 × 3,0

Für alle genannten Filter und Diplexer gilt: Input 50 Ω unbalanced und Output 50 Ω unbalanced. Viele Filter sind auch in der Ausführung Input 50 Ω unbalanced und Output 100 Ω balanced verfügbar.

Erweiterte Einsatzmöglichkeiten der Mobilfunktechnik
Als der Mobilfunk Einzug ins Auto hielt, wurde er nur zum Telefonieren über eine Freisprecheinrichtung genutzt. Zunehmend werden die Mobilfunkgeräte jetzt auch dazu eingesetzt, um den Internetzugang im Fahrzeug zu ermöglichen, darüber auf lokale Services zuzugreifen oder die satellitenbasierte Navigation zu ergänzen. Eine wesentliche, immer wichtiger werdende Funktion ist dabei eine Navigation, die auf der jeweiligen Verkehrssituation aufbaut. Dabei wird ermittelt, wie viele Mobilfunkteilnehmer in einer Funkzelle eingebucht sind und mit welcher Geschwindigkeit sich diese bewegen. Je mehr Mobilfunkteilnehmer sich in einer Funkzelle befinden und je langsamer sich diese bewegen, desto dichter ist der Verkehr, beziehungsweise es handelt sich um einen Stau.


Eine weitere Kombinationsmöglichkeit von satellitenbasierter Navigation und Mobilfunk sind Notrufsysteme, die im Falle eines Unfalls oder einer Panne zum Einsatz kommen – zum Beispiel eCall. Über dieses intelligente Notrufsystem wird die Position des Fahrzeugs über Satellit bestimmt und über Mobilfunk eine Daten- und Sprachverbindung zu einem Notrufcenter aufgebaut. Auch Flottenmanagement und deutsche Mautsysteme arbeiten mit satellitenbasierter Navigation und Mobilfunktechnik. Für die genannten Systeme werden von den Einsatzregionen abhängige Frequenzbereiche verwendet.


Für die typischen Frequenzbänder gibt es ebenfalls ein großes Spektrum an AEC-Q200-qualifizierten EPCOS SAW-Filtern (Single und Diplexer) in Bauformen von 3,0 × 3,0 mm2 bis zu 1,4 × 1,1 mm2, verschiedenen Mittenfrequenzen, Einfügedämpfungen und Nutzbandbreiten. Eine Auswahl aus dem aktuellen Produktspektrum zeigt Tabelle 2.

Tabelle2: AEC-Q200-qualifizierte EPCOS SAW-Filter für mobilfunkbasierte Anwendungen

Band

Empfangs-

pfad RX
Sende-

pfad TX

Beschrei-

bung

Mitten-

frequenz fc
[MHz]

Band-

breite
[MHz]

Einfüge-

dämpfung
[dB]

Typ

Gehäuse-

größe
[mm2]

Band IRX
TX
Filter

2140,0

1950,0

60

60

1,6

2,3

B4302

B4309

1,4 × 1,1

Band II
GSM1900
RX
TX
Filter

1960,0

1880,0

60

58,75

1,7

2,7

B4305

B4315

1,4 × 1,1

Band IIIRXFilter

1843

75

1,8

B4306

1,4 × 1,1

Band V
GSM850
RX
TX
RX Diversity
Filter

881,5

836,5

881,5

25

25

25

1,2

1,7

1,9

B4303

B4311

B4314

1,4 × 1,1

Band VIII
GSM900
RXFilter

942,5

35

1,5

B4304

1,4 × 1,1

Band V
GSM850
Band VIII
GSM900

RX

RX

2in1 Filter

881,5

942,5

25

35

1,1

1,1

B4380

1,5 × 1,1

Band III
GSM1800
Band II
GSM1900

RX

RX

2in1 Filter

1842,5

1960,0

75

60

1,3

1,4

B4381

1,5 × 1,1

Für alle genannten RX- und 2in1-Filter gilt: Input 50 Ω unbalanced und Output 150 Ω balanced. Für alle genannten TX- und RX-Diversity-Filter gilt: Input 50 Ω unbalanced und Output 50 Ω unbalanced

WLAN fürs Auto
Für den Internetzugang im Auto wird WLAN im Frequenzbereich von 2,4 GHz verwendet. Es gibt Systeme, die Mobilfunksignale über die Außenantenne empfangen und diese in WLAN-Frequenzen übersetzen. Dadurch ist es Beifahrern möglich, mit höherer Versorgungssicherheit im Internet zu surfen. WLAN-Antennen werden auch in der Außenantenne genutzt, um den Internetzugang in Hotspots zu ermöglichen. Der EPCOS SAW-Filter B3912 (fc=2448,5 MHz) für Anwendungen in der Automobil-Elektronik wurde eigens für die WLAN-Frequenzen entwickelt (Abbildung 2).

Abbildung 2: Dämpfungsverlauf des EPCOS Filters B3912

Ein weiteres Anwendungsgebiet für WLAN wird die sogenannte Car-to-X-Communication sein. Entweder die Car-to-Car-Communication, die die Vernetzung zwischen Fahrzeugen gewährleistet, oder die Car-to-Infrastructure-Communication, die die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und beispielsweise Ampeln sicherstellt. Diese Systeme werden voraussichtlich im Frequenzbereich von 5,9 GHz arbeiten und sollen unter anderem den Verkehrsfluss an Kreuzungen effektiver steuern und Unfälle verhindern. Laufende Feldversuche der Automobilindustrie werden zeigen, ob diese Frequenz geeignet oder etwa die Reichweite zu gering ist. In Japan wird aktuell ein derartiges System mit der Bezeichnung ITS (Intelligent Traffic System) aufgebaut, das die Frequenz um 760 MHz nutzt und die Effizienz der Verkehrsströme steuern soll.

Künftig auch Duplexer nach AEC-Q200
Darüber hinaus wird intensiv an Duplexern für verschiedene Mobilfunkfrequenzen in der Bauform 2,0 × 1,6 mm2 gearbeitet, die nach AEC-Q200 qualifiziert werden. Diese werden voraussichtlich Mitte 2012 als Engineering Samples zur Verfügung stehen.


Das EPCOS Produktspektrum für die genannten Applikationen wird entsprechend den Anforderungen der Kunden und der IC-Hersteller laufend erweitert.

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