eSIM卡在车联网(IoV)中的应用

常君 叶丹 陈兴

【摘  要】eSIM卡是智能网联产品中的重要组成部分。通过eSIM卡配合，用户终端产品才能够通过通信模组与外界进行信息沟通、交互。文章对eSIM卡的选型标准、应用以及在设计使用中的注意事项进行分析，并对其在车载信息娱乐系统环境中的应用加以探究，以便能为eSIM卡的普及和推广提供参考。

【关键词】eSIM卡;通信模组;智能网联;车载信息娱乐系统

中图分类号：U463.67    文献标识码：A    文章编号：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

作者简介

常君（1975—），男，硬件经理，高级工程师，现从事车载电子T-Box设计方向的工作。

如今，汽车行业正向着智能化与网联化的方向快速发展，有了智能网联功能，车辆可以与X（车、路、人、云端等）之间实现智能信息交换与共享。同时，智能网联的发展也可以给驾乘带来一种安全、高效、舒适的体验和感受。智能网联车辆在与外界信息交互时，离不开通信模组（例如4G、5G模组），通过与通信模组配合，实现了用户识别、鉴权等功能。模组是车辆与外部通信网络沟通的桥梁，在智能网联中，每个终端用户都有唯一的身份码，这就需要依赖SIM卡（Subscriber Identification Module，用户识别模块）来完成。在车辆上，用户设备产品通常受限于空间、尺寸等因素，因此体积较小的eSIM卡（如Embedded-SIM、嵌入式SIM卡）就得到了广泛的应用。eSIM卡是将传统SIM卡功能直接嵌入到芯片上，而不是作为独立的、可移除零部件加入设备中的，用户在使用中无需插入传统的物理SIM卡，非常便利。在车载环境下，对eSIM卡也有一些特定的要求，详见下文分析。

1  车载工况要求

1.1  工作温度

汽车可以在世界各个地区使用和运行，根据不同地区的气候条件特点，温度变化范围也特别广泛，因此对于汽车电子系统（也包括零部件），要能够适应各种极端的温度环境，同样的要求对于车用芯片也适用。芯片的工作温度范围是汽车电子系统设计中必须要考虑的一个重要因素，芯片只有具备更广泛的温度适应能力，才能保证汽车电子系统在各种极端的温度环境下能够正常工作，从而保障了整个汽车的可靠性和安全性。在智能网联产品中，由于eSIM卡跟随模组一起构成整机产品，并且安装在驾驶舱内，因此工作溫度范围要求-40～85℃，在此范围内，要求eSIM卡能够全功能工作。

1.2  可靠性

可靠性是汽车电子产品的首要因素，直接关系到整车的品质，因此对其测试要求也比较严格。对于智能网联零部件产品来说，其可靠性同样需要各个IC的自身品质来保证。衡量车规级IC芯片的可靠性主要是满足AEC-Q标准，这是针对车用电子元器件的一整套完善的、系统性验证标准，在国际上受到公认，也是目前汽车电子系统中IC通用选型的参考标准。AEC-Q是一个系列标准，对不同元器件类型有不同要求。针对IC集成电路的是AEC-Q-100，通常由元器件供应商去执行AEC-Q验证试验，并由使用方审核AEC-Q报告。为了更好地适应车载环境，提升产品的信赖性和品质，预防可能发生的各种故障状态，很多eSIM卡厂家也通过了AEC-Q-100标准。

2  主要参考标准

eSIM卡需要符合3GPP相关标准才能入网。该标准为ETSI TS 102 221《智能卡;UICC-终端交互界面;物理与逻辑特性》，在该标准中规定了UICC和终端的接口，包括：UICC的物理特性需求、与终端之间交换APDU的电气接口（基于ISO/IEC 7816-3）、接口的初始通信建立和传输协议、作为UICC APDU接口逻辑结构基础的模型、UICC APDU接口的通信命令和程序、UICC APDU接口的独立于应用程序的文件和协议等。

eSIM卡物理和逻辑特性的接口主要参照标准ETSI TS 102 671 V16.0.0《智能卡.机器到机器UICC.物理和逻辑特性》，在该标准中，对工作温度、存储温度、回流焊接条件、湿度、腐蚀、振动、冲击、数据存储时间、最小刷写寿命次数等都有明确规定。例如针对温度范围，在标准中分为3个等级，详见表1。

eSIM卡的接口协议类主要参照标准ISO 7816-3《带触点的集成电路卡 第3部分：电信号和传输协议》，在该标准中，对接口定义、供电电压、各种模式工作电流、操作状态、操作流程等都有明确规定。例如依照标准，电压可分为3个等级，详见表2。

3  使用中的注意事项

为了确保eSIM卡在使用过程中具备良好性能和可靠性，在eSIM卡接口的电路设计中建议遵循以下原则。

1）eSIM卡需靠近通信模组摆放，尽量保证信号线布线长度不超过200mm，布线过长会降低信号品质。

2）eSIM卡信号线布线应远离RF天线、DC-DC电源、时钟信号线等强干扰源，同时也应避免在其附近或下方布线，容易受到其I/O线传输速率的电磁干扰，因此需要远离，例如模拟AD采集、温度信号等。

3）需确保对eSIM卡供电与搭铁线布线宽度不小于0.5mm。

4）为防止时钟信号CLK与数据信号DATA相互串扰，两者布线不能太靠近，并且在2条走线之间需增加搭铁屏蔽。

5）在eSIM卡与外部模块之间需要串联0Ω的电阻，用来抑制杂散EMI，增强ESD防护。

6）若数据DATA信号线走线过长，或者附近有干扰源的情况下，建议靠近eSIM卡放置，增加上拉电阻，上拉电阻有利于增强eSIM卡的抗干扰能力（上拉电阻可以默认不贴）。

7）在eSIM卡接口的电源线路上搭铁并联1μF电容，并将其放置在eSIM卡附近，可滤除来自电源上的干扰。其他信号线上可预留33pF电容，可用于滤除射频干扰。注：电容会影响数据交换的上升和下降时间，可酌情考虑。

8）eSIM卡布局不能摆放在PCB板边，避免在ESD试验时，被ESD打坏。

9）eSIM卡布局与摆放应远离晶振等敏感器件。

10）对于时钟信号CLK与数据信号DATA等布线尽可能无过孔。

11）eSIM卡底部不要有大电流电源铜面。

12）为了提高机械振动的可靠性，可以将不用的引脚焊接到PCB板上。

13）eSIM卡底部中心区域须接铜平面上，有助于增加与PCB附着力和散热。

14）eSIM卡底部可在中心区域焊盘下方PCB板上开过孔，能够最大限度地散热，建议典型的热通孔尺寸需满足要求：通孔直径为0.25～0.35mm，通孔间距为1.0～1.2mm。

15）在焊接前，应确保PCB板满足平整度在每线性厘米0.1mm以内，符合可焊性要求。

参考以上规则，能够最大限度提升eSIM卡使用过程中的可靠性。图1为实际原理设计框图，R1为10kΩ上拉，可预留，C1为0.1μF电容。图2为PCB布局样图。

4  结束语

随着智能网联的车辆数量规模越来越大，eSIM卡的应用也越来越广泛。eSIM卡可以让用户的通信设备在不需要插卡的情况下使用移动网络，同时eSIM卡是可编程的，支持通过OTA（空中写卡）对eSIM卡进行远程配置，实现运营商配置文件的下載、安装、激活、去激活及删除。例如，根据资费标准，用户可以远程灵活选择和切换运营商。由于eSIM卡采用嵌入式芯片技术，利用内封的方式，将其装成一体化的硅片，具有提供较宽的温度范围和较强的防振、耐湿、耐腐蚀性能，其可靠性大大增强，能够更好地适用于恶劣的环境，也为万物互联的新兴市场提供有效的保障。eSIM卡正在被越来越多的智能终端设备所使用。

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（编辑  凌  波）

收稿日期：2023-10-17