車載PoCアプリケーションで重要な役割を果たす積層インダクタ
著者 Pete Bartolik(ピート・バートリック) 氏
DigiKeyの北米担当編集者の提供
2025-01-14
マルツ掲載日：2025-05-07
高速道路を走行するハイエンドやミッドレンジの車両は、広帯域の電子システムに必要な電力とデータを伝送し、配線の複雑さや総重量を軽減するために、PoC(Power over Coax)ケーブルアセンブリを利用している場合が多くあります。インフォテイメントや運転支援アプリケーションが普及するにつれ、低価格帯の車両にもPoC技術の採用が始まっています。
バックアップカメラや自動緊急ブレーキは、米国では車両価格に関係なく、すべての車両に搭載が義務付けられています。そのためPoCケーブルは、電力とデータの両方を1本のケーブルで伝送する、よりシンプルでコスト効率の高い方法を提供します(図1)。
軽量化によって、この技術はガソリン車の燃費と電気自動車(EV)の航続距離の向上に役立ちます。また、ケーブルアセンブリが簡素化されることで、設置やメンテナンスにかかる時間や労力を削減し、材料費を節約し、メーカーの製品ライン全体にわたって規模を拡大することも可能になります。
図1：一般的なPoC伝送システムの回路図。(画像提供：TDK Corporation)
しかし、単一の同軸ケーブル内で信号と電力を組み合わせることは本質的にノイズが発生しやすいため、車載PoCアプリケーションでは、複雑な電子システムにおける動作の信頼性を確保するために、高インピーダンスのフィルタリングインダクタが必要になります。 電圧降下や電力損失、および車両の動作に悪影響を及ぼす可能性のあるデータ劣化を回避するには、適切なインピーダンスマッチングが不可欠です。
積層インダクタは、クリーンな信号伝送を確保する能力から、ますます不可欠なものとなっています。 自動車メーカーが車載エレクトロニクスを増加させる中、省スペース要件に応える非常にコンパクトなフォームファクタで、高いインダクタンスとインピーダンスを提供します。
車載アプリケーション要件とPoCの整合性
PoCは1本のケーブルで電力とデータの供給を合理化し、部品点数を減らして材料費を節約し、潜在的な故障点を減らします。
この技術は、追加機能をサポートするために容易に拡張することができます。これは、さらに洗練された先進運転支援システム(ADAS)を含め、インフォテイメントや安全性のために組立業者がセンサやその他エレクトロニクスを追加しようとしている中で、非常に重要なことです。ハイエンドの車両では、レベル2の自動運転、360度カメラビュー、自動縦列や直角駐車などのプレミアム機能を提供するようになっています。
これには、高速データ伝送、高解像度ビデオ、リアルタイム通信の処理能力が必要です。 マルチセンサフュージョン、5G接続、集中型コンピューティングアーキテクチャ、エッジコンピューティング機能にますます依存する高度な車両システムの導入には、PoCの高帯域幅、高周波数機能が不可欠です。PoCは、リンクあたり最大4GbpsのFPD-Link IIIや、最大10Gbpsの車載Ethernet伝送などの自動車業界標準をサポートすることができます。
車載アプリケーションは、特に一般的な車両における高周波源(イグニッションシステムや電気モータなど)からの電磁妨害(EMI)に関して、厳しい基準を満たすように設計されなければなりません。EMIノイズは、車両、歩行者、その他の障害物が前方にある場合に、運転者が追突を回避し、車線を維持し、減速または停止するのを助ける重要な安全およびインフォテイメントシステムに干渉する可能性があります。
シールド付き同軸ケーブルはEMIからある程度の保護を提供しますが、PoCは電力とデータ信号の両方を伝送するため、アプリケーションにはクロストークと潜在的なシステム不安定性を防ぐためのフィルタが必要です。 信号ライン側のコンデンサはDC電源からの電流を遮断するために使用され、電源ラインのフィルタインダクタは広帯域信号の干渉を防ぎます。
電源ラインのフィルタインダクタは、DC通電を可能にしながら干渉を遮断することでノイズを抑制し、信号の完全性を確保します。これらは、EMIを抑制し、クロストークを最小限に抑え、局所的なフィルタリングを提供する面実装チップビーズによって補完されます。
チップビーズとフィルタインダクタは、1本の同軸ケーブルで電力と高周波データ信号のシームレスな伝送を確保するために連携して動作します。各コンポーネントは、ノイズの管理と信号完全性の維持において補完的な役割を果たします。これは、クリーンな電力供給と安定したデータ通信を確保する上で極めて重要であり、PoC車載アプリケーションの信頼性と効率性に不可欠です。
PoCシステムにおけるインダクタの役割
標準的なコイルベースのインダクタは、DC電力を通過させながら、電力ラインから高周波データ信号を遮断するために使用できますが、かさばるうえ、PoCアプリケーションに必要な高周波数帯域では性能が低くなる場合があります。一般的なPoCフィルタは、4つのインダクタとチップビーズで構成され、プリント回路基板(PCB)の貴重なスペースを占有します。
積層インダクタは非常にコンパクトで、スペースに制約のある車載アプリケーションのニーズにより適しています。導電性材料と絶縁性材料の層を積み重ねてコンパクトなモノリシック構造を形成しており、車載システムでの使用に最適です。
最適な積層インダクタを選択する際には、効率的な電力供給とデータ完全性を確保するために、性能、サイズ、信頼性のバランスを考慮する必要があります。PoCシステムの高周波データ信号では、ノイズを効果的に抑制するために、通常はMHzからGHzの範囲の広い周波数帯域にわたって一貫して高いインピーダンスを持つインダクタが必要です。特にEVなどのアプリケーションでは、電力損失を最小限に抑えるために、DC抵抗(DCR)が低いことも非常に重要です。
設計者はノイズ環境を考慮し、EMI抑制を強化するために、チップビーズと積層インダクタを組み合わせることもできます。前述の4つのインダクタの組み合わせを、積層インダクタ1つとチップビーズ2つに置き換えることで、必要なPCB面積を大幅に削減できます。
PoCアプリケーション用積層インダクタは、AEC-Q200などの厳しい車載規格に適合するように設計されており、高周波で優れたEMI抑制効果を発揮します。これらのインダクタは、自動車の大量生産ニーズに合わせて拡張可能な先進的プロセスで製造されています。
TDKのMLJ-Gシリーズインダクタ
TDKは、車載PoCアプリケーションの厳しい要件を満たすように設計されたフィルタ回路用の幅広いインダクタを提供しています。MLJ-Gシリーズは2つの製品グループで構成されています。これらの製品グループは、ADASで使用されるAC成分に対して高インピーダンスを実現し、多様なアプリケーションに対応するオプションを提供しています。車載グレード仕様に基づいて設計されたこれらのインダクタは、車両の運転中に発生する衝撃に耐える堅牢性を備え、長寿命を実現しています。
MLJ1005-Gシリーズの新しいインダクタには、MLJ1005WGHR27PTD25(図2)などがあります。このインダクタの寸法は1.0mm×0.5mm×0.5mmです。最大480mAの電流をサポートし、インダクタの劣化を最小限に抑えながら高周波数で高いインピーダンスを実現します。その結果、SerDes伝送を使用するカメラシステムなど、車載PoC実装におけるデータ伝送速度が向上します。
図2：TDK MLJ-1005-Gシリーズ インダクタの画像。(画像提供：TDK Corporation)
MLJ1608-Gシリーズのインダクタは、1.6mm×0.8mm×0.8mmとやや大きめですが、サイズと性能のバランスが取れています。たとえば、MLJ1608WGCR56NTD25は、最大500mAの電流をサポートし、電流印加時のインピーダンスの変動が従来の積層インダクタよりも抑えられています。
MLJ1608-Gシリーズは、300MHz～2GHzの周波数範囲において、最大インピーダンス2,500Ωを達成し、1,000Ω以上のレベルを維持し、高周波ノイズを効果的にフィルタリングします。機械的振動下や、－55°C～+125°Cの温度範囲でも確実に動作し、自動車業界の基準を満たしています。
MLJ-G製品ラインは、EMIを吸収・分散する低損失フェライト材料を使用しており、エネルギー損失を最小限に抑えます。これは、高周波の車載環境において信号完全性を維持するために不可欠です。また、DC抵抗が低いため、エネルギー損失を最小限に抑え、コンパクトで高性能な車載設計においても効率的な電力供給を確保します。
チップビーズとインダクタの組み合わせ
設計者は、MLJ-Gシリーズ インダクタを補完するノイズ抑制チップビーズを選択することで、車載PoCアプリケーションを強化することができます。
TDKのMMZシリーズ チップビーズは、信号回路や電源回路向けに設計されています。 広い周波数範囲にわたって高いインピーダンスを提供するため、高周波ノイズの抑制に適しています。MPZシリーズは、車載電源ラインアプリケーション向けに最適化されており、PoC回路のパワーインテグリティを維持するための低DC抵抗と高電流処理能力を提供します。
まとめ
TDKのMLJ-Gシリーズ インダクタは、チップビーズのMMZシリーズやMPZシリーズとともに、車載PoCアプリケーションの厳しい要件を満たすように設計されています。メーカーが、高周波信号や広帯域幅に依存する安全およびインフォテイメントアプリケーションを追加し続ける中で、信頼性の高い動作と信号完全性を確保します。
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