車載以太網(wǎng)——面向汽車設(shè)計的EMI挑戰(zhàn)
汽車以太網(wǎng)的最初應用通常包括車載診斷系統(tǒng)(OBD),它大大縮短了軟件的下載時間。似乎有一種普遍的共識:OBD將轉(zhuǎn)向基于IP的接口(即以太網(wǎng)的物理層),而非速度較慢的傳統(tǒng)CAN。展望未來,“實時”以太網(wǎng)AVB(音頻視頻橋接)將能夠提供高性能的資訊娛樂網(wǎng)絡(luò)解決方案,但是其所面臨的挑戰(zhàn),不僅僅是單純的技術(shù)問題。即使當汽車停在服務站(即并未行駛)時,OBD 應用同樣可以正常運行。當汽車行駛時,汽車制造商需要更加嚴格的EMI要求。以太網(wǎng)從未針對此類應用進行專門設(shè)計。那么,這項技術(shù)是否能夠應對挑戰(zhàn)?
耐熱和 EMC 性能
工業(yè)控制市場已經(jīng)證明,以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)能夠在極端條件下實現(xiàn)強勁的性能。大部分此類應用通常會面對較大的溫度變化范圍、劇烈震動、高EMC輻射以及灰塵或潮濕環(huán)境。以太網(wǎng)設(shè)備采用低功耗和封裝設(shè)計,固此在將發(fā)動機環(huán)境溫度升高到+85°C(正常溫度)以上時,不會出現(xiàn)散熱問題。例如,麥瑞半導體的KSZ8041NL AM單端口快速以太網(wǎng)PHY解決方案(符合AECQ-100 標準),在耐熱增強的5mm x5mm MLF? 封裝內(nèi),僅消耗175mW。KSZ8041NL 系列還提供軍用規(guī)格變體,支持高達125°C的環(huán)境溫度。
由于工業(yè)和汽車市場的需求,許多新一代以太網(wǎng)設(shè)備都具備顯著改善的ESD(靜電放電)性能。這是一個重大的觀念轉(zhuǎn)變,以前的辦公應用并不十分重視 ESD 額定值。例如,麥瑞半導體KSZ8041 PHY和KSZ8851控制器系列的HBM(人體模型)ESD 額定值都大于 6KV。評估板也顯示能夠提供大于9kV的接觸ESD和大于16.5kV的空氣ESD 額定值,而不需要任何外部過電壓保護設(shè)備。這超越了一般汽車廠商的電磁兼容性(EMC)要求,例如由寶馬集團標準GS 95002的要求。
電磁輻射
目前行業(yè)對電磁干擾(EMI)性能的嚴格要求,是所有汽車電氣設(shè)備都要面臨的其中一項最嚴峻挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)速度的增長,信號傳輸速度也越來越快,這會導致更高的能量排放。行業(yè)面臨的第一個挑戰(zhàn)是要設(shè)定以太網(wǎng)技術(shù)的排放限值和所需帶寬。
就視頻和相機成像傳輸來說,有關(guān)100Mbps快速以太網(wǎng)是否真正夠用,或是否需要推進千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速度,仍然存有爭議。這種選擇很可能取決于相機應用程序是否支持視頻壓縮。
圖1顯示以太網(wǎng)電路板的典型輻射特性,使用的是麥瑞半導體的KSZ9021千兆PHY。毫不奇怪,峰輻射位于參考時鐘的125Mbps諧波位置,超過了典型的OEM限值(此處以FlexRay為例)。
為保持一致性,如今在汽車運行時,以太網(wǎng)可以使用雙絞線、同軸電纜或塑料光纖(POF)作為屏蔽電纜。標準以太網(wǎng)RJ45連接器和CAT5電纜具備非常強勁的性能,廣泛應用在多個領(lǐng)域中(包含工業(yè)領(lǐng)域)。
但是,汽車應用中可能仍會采用(至少在最初階段)現(xiàn)有的供應商特定連接器和接線器。以后將逐漸傾向于采用如ISO 13400中規(guī)定的標準化IP診斷接口。以太網(wǎng)PHY(收發(fā)器)可靈活使用此類連接器和線纜,而不會使性能顯著降低。下表1列出了CAT5電纜的典型特性。
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