eSIM卡在車聯(lián)網(wǎng)(IoV)中的應(yīng)用

常君 葉丹 陳興

【摘? 要】eSIM卡是智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)品中的重要組成部分。通過eSIM卡配合，用戶終端產(chǎn)品才能夠通過通信模組與外界進行信息溝通、交互。文章對eSIM卡的選型標準、應(yīng)用以及在設(shè)計使用中的注意事項進行分析，并對其在車載信息娛樂系統(tǒng)環(huán)境中的應(yīng)用加以探究，以便能為eSIM卡的普及和推廣提供參考。

【關(guān)鍵詞】eSIM卡;通信模組;智能網(wǎng)聯(lián);車載信息娛樂系統(tǒng)

中圖分類號：U463.67? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2024 ）05-0033-02

The Application of eSIM in the Internet of Vehicles（IoV）

CHANG Jun，YE Dan，CHEN Xing

（Dalian Neusoft Smart Go Ltd.，Dalian 116085，China）

【Abstract】eSIM is an essential component of intelligent networking devices. Only with a valid eSIM，the end user could communicate and interact with the outside world via communication modules. This article highlighted the precautions in the selection，design and application of an eSIM，it also provided a thorough study of its application for in-vehicle infotainment system. This article has given a useful reference for the popularization of an eSIM card.

【Key words】eSIM card;communication module;Internet of Vehicles（IoV）;in-vehicle infotainment system

作者簡介

常君（1975—），男，硬件經(jīng)理，高級工程師，現(xiàn)從事車載電子T-Box設(shè)計方向的工作。

如今，汽車行業(yè)正向著智能化與網(wǎng)聯(lián)化的方向快速發(fā)展，有了智能網(wǎng)聯(lián)功能，車輛可以與X（車、路、人、云端等）之間實現(xiàn)智能信息交換與共享。同時，智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)展也可以給駕乘帶來一種安全、高效、舒適的體驗和感受。智能網(wǎng)聯(lián)車輛在與外界信息交互時，離不開通信模組（例如4G、5G模組），通過與通信模組配合，實現(xiàn)了用戶識別、鑒權(quán)等功能。模組是車輛與外部通信網(wǎng)絡(luò)溝通的橋梁，在智能網(wǎng)聯(lián)中，每個終端用戶都有唯一的身份碼，這就需要依賴SIM卡（Subscriber Identification Module，用戶識別模塊）來完成。在車輛上，用戶設(shè)備產(chǎn)品通常受限于空間、尺寸等因素，因此體積較小的eSIM卡（如Embedded-SIM、嵌入式SIM卡）就得到了廣泛的應(yīng)用。eSIM卡是將傳統(tǒng)SIM卡功能直接嵌入到芯片上，而不是作為獨立的、可移除零部件加入設(shè)備中的，用戶在使用中無需插入傳統(tǒng)的物理SIM卡，非常便利。在車載環(huán)境下，對eSIM卡也有一些特定的要求，詳見下文分析。

1? 車載工況要求

1.1? 工作溫度

汽車可以在世界各個地區(qū)使用和運行，根據(jù)不同地區(qū)的氣候條件特點，溫度變化范圍也特別廣泛，因此對于汽車電子系統(tǒng)（也包括零部件），要能夠適應(yīng)各種極端的溫度環(huán)境，同樣的要求對于車用芯片也適用。芯片的工作溫度范圍是汽車電子系統(tǒng)設(shè)計中必須要考慮的一個重要因素，芯片只有具備更廣泛的溫度適應(yīng)能力，才能保證汽車電子系統(tǒng)在各種極端的溫度環(huán)境下能夠正常工作，從而保障了整個汽車的可靠性和安全性。在智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)品中，由于eSIM卡跟隨模組一起構(gòu)成整機產(chǎn)品，并且安裝在駕駛艙內(nèi)，因此工作溫度范圍要求-40～85℃，在此范圍內(nèi)，要求eSIM卡能夠全功能工作。

1.2? 可靠性

可靠性是汽車電子產(chǎn)品的首要因素，直接關(guān)系到整車的品質(zhì)，因此對其測試要求也比較嚴格。對于智能網(wǎng)聯(lián)零部件產(chǎn)品來說，其可靠性同樣需要各個IC的自身品質(zhì)來保證。衡量車規(guī)級IC芯片的可靠性主要是滿足AEC-Q標準，這是針對車用電子元器件的一整套完善的、系統(tǒng)性驗證標準，在國際上受到公認，也是目前汽車電子系統(tǒng)中IC通用選型的參考標準。AEC-Q是一個系列標準，對不同元器件類型有不同要求。針對IC集成電路的是AEC-Q-100，通常由元器件供應(yīng)商去執(zhí)行AEC-Q驗證試驗，并由使用方審核AEC-Q報告。為了更好地適應(yīng)車載環(huán)境，提升產(chǎn)品的信賴性和品質(zhì)，預(yù)防可能發(fā)生的各種故障狀態(tài)，很多eSIM卡廠家也通過了AEC-Q-100標準。

2? 主要參考標準

eSIM卡需要符合3GPP相關(guān)標準才能入網(wǎng)。該標準為ETSI TS 102 221《智能卡;UICC-終端交互界面;物理與邏輯特性》，在該標準中規(guī)定了UICC和終端的接口，包括：UICC的物理特性需求、與終端之間交換APDU的電氣接口（基于ISO/IEC 7816-3）、接口的初始通信建立和傳輸協(xié)議、作為UICC APDU接口邏輯結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的模型、UICC APDU接口的通信命令和程序、UICC APDU接口的獨立于應(yīng)用程序的文件和協(xié)議等。

eSIM卡物理和邏輯特性的接口主要參照標準ETSI TS 102 671 V16.0.0《智能卡.機器到機器UICC.物理和邏輯特性》，在該標準中，對工作溫度、存儲溫度、回流焊接條件、濕度、腐蝕、振動、沖擊、數(shù)據(jù)存儲時間、最小刷寫壽命次數(shù)等都有明確規(guī)定。例如針對溫度范圍，在標準中分為3個等級，詳見表1。

eSIM卡的接口協(xié)議類主要參照標準ISO 7816-3《帶觸點的集成電路卡 第3部分：電信號和傳輸協(xié)議》，在該標準中，對接口定義、供電電壓、各種模式工作電流、操作狀態(tài)、操作流程等都有明確規(guī)定。例如依照標準，電壓可分為3個等級，詳見表2。

3? 使用中的注意事項

為了確保eSIM卡在使用過程中具備良好性能和可靠性，在eSIM卡接口的電路設(shè)計中建議遵循以下原則。

1）eSIM卡需靠近通信模組擺放，盡量保證信號線布線長度不超過200mm，布線過長會降低信號品質(zhì)。

2）eSIM卡信號線布線應(yīng)遠離RF天線、DC-DC電源、時鐘信號線等強干擾源，同時也應(yīng)避免在其附近或下方布線，容易受到其I/O線傳輸速率的電磁干擾，因此需要遠離，例如模擬AD采集、溫度信號等。

3）需確保對eSIM卡供電與搭鐵線布線寬度不小于0.5mm。

4）為防止時鐘信號CLK與數(shù)據(jù)信號DATA相互串擾，兩者布線不能太靠近，并且在2條走線之間需增加搭鐵屏蔽。

5）在eSIM卡與外部模塊之間需要串聯(lián)0Ω的電阻，用來抑制雜散EMI，增強ESD防護。

6）若數(shù)據(jù)DATA信號線走線過長，或者附近有干擾源的情況下，建議靠近eSIM卡放置，增加上拉電阻，上拉電阻有利于增強eSIM卡的抗干擾能力（上拉電阻可以默認不貼）。

7）在eSIM卡接口的電源線路上搭鐵并聯(lián)1μF電容，并將其放置在eSIM卡附近，可濾除來自電源上的干擾。其他信號線上可預(yù)留33pF電容，可用于濾除射頻干擾。注：電容會影響數(shù)據(jù)交換的上升和下降時間，可酌情考慮。

8）eSIM卡布局不能擺放在PCB板邊，避免在ESD試驗時，被ESD打壞。

9）eSIM卡布局與擺放應(yīng)遠離晶振等敏感器件。

10）對于時鐘信號CLK與數(shù)據(jù)信號DATA等布線盡可能無過孔。

11）eSIM卡底部不要有大電流電源銅面。

12）為了提高機械振動的可靠性，可以將不用的引腳焊接到PCB板上。

13）eSIM卡底部中心區(qū)域須接銅平面上，有助于增加與PCB附著力和散熱。

14）eSIM卡底部可在中心區(qū)域焊盤下方PCB板上開過孔，能夠最大限度地散熱，建議典型的熱通孔尺寸需滿足要求：通孔直徑為0.25～0.35mm，通孔間距為1.0～1.2mm。

15）在焊接前，應(yīng)確保PCB板滿足平整度在每線性厘米0.1mm以內(nèi)，符合可焊性要求。

參考以上規(guī)則，能夠最大限度提升eSIM卡使用過程中的可靠性。圖1為實際原理設(shè)計框圖，R1為10kΩ上拉，可預(yù)留，C1為0.1μF電容。圖2為PCB布局樣圖。

4? 結(jié)束語

隨著智能網(wǎng)聯(lián)的車輛數(shù)量規(guī)模越來越大，eSIM卡的應(yīng)用也越來越廣泛。eSIM卡可以讓用戶的通信設(shè)備在不需要插卡的情況下使用移動網(wǎng)絡(luò)，同時eSIM卡是可編程的，支持通過OTA（空中寫卡）對eSIM卡進行遠程配置，實現(xiàn)運營商配置文件的下載、安裝、激活、去激活及刪除。例如，根據(jù)資費標準，用戶可以遠程靈活選擇和切換運營商。由于eSIM卡采用嵌入式芯片技術(shù)，利用內(nèi)封的方式，將其裝成一體化的硅片，具有提供較寬的溫度范圍和較強的防振、耐濕、耐腐蝕性能，其可靠性大大增強，能夠更好地適用于惡劣的環(huán)境，也為萬物互聯(lián)的新興市場提供有效的保障。eSIM卡正在被越來越多的智能終端設(shè)備所使用。

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（編輯? 凌? 波）

收稿日期：2023-10-17