車(chē)載以太網(wǎng)——面向汽車(chē)設計的EMI挑戰

　　汽車(chē)以太網(wǎng)的最初應用通常包括車(chē)載診斷系統(OBD)，它大大縮短了軟件的下載時(shí)間。似乎有一種普遍的共識：OBD將轉向基于IP的接口(即以太網(wǎng)的物理層)，而非速度較慢的傳統CAN。展望未來(lái)，“實(shí)時(shí)”以太網(wǎng)AVB(音頻視頻橋接)將能夠提供高性能的資訊娛樂(lè )網(wǎng)絡(luò )解決方案，但是其所面臨的挑戰，不僅僅是單純的技術(shù)問(wèn)題。即使當汽車(chē)停在服務(wù)站(即并未行駛)時(shí)，OBD 應用同樣可以正常運行。當汽車(chē)行駛時(shí)，汽車(chē)制造商需要更加嚴格的EMI要求。以太網(wǎng)從未針對此類(lèi)應用進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設計。那么，這項技術(shù)是否能夠應對挑戰？

耐熱和 EMC 性能

　　工業(yè)控制市場(chǎng)已經(jīng)證明，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )能夠在極端條件下實(shí)現強勁的性能。大部分此類(lèi)應用通常會(huì )面對較大的溫度變化范圍、劇烈震動(dòng)、高EMC輻射以及灰塵或潮濕環(huán)境。以太網(wǎng)設備采用低功耗和封裝設計，固此在將發(fā)動(dòng)機環(huán)境溫度升高到+85°C(正常溫度)以上時(shí)，不會(huì )出現散熱問(wèn)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，僅消耗175mW。KSZ8041NL 系列還提供軍用規格變體，支持高達125°C的環(huán)境溫度。

　　由于工業(yè)和汽車(chē)市場(chǎng)的需求，許多新一代以太網(wǎng)設備都具備顯著(zhù)改善的ESD(靜電放電)性能。這是一個(gè)重大的觀(guān)念轉變，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(guò)電壓保護設備。這超越了一般汽車(chē)廠(chǎng)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(chē)電氣設備都要面臨的其中一項最嚴峻挑戰。隨著(zhù)數據速度的增長(cháng)，信號傳輸速度也越來(lái)越快，這會(huì )導致更高的能量排放。行業(yè)面臨的第一個(gè)挑戰是要設定以太網(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(lái)說(shuō)，有關(guān)100Mbps快速以太網(wǎng)是否真正夠用，或是否需要推進(jìn)千兆以太網(wǎng)數據傳輸速度，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(shí)鐘的125Mbps諧波位置，超過(guò)了典型的OEM限值(此處以FlexRay為例)。

　　為保持一致性，如今在汽車(chē)運行時(shí)，以太網(wǎng)可以使用雙絞線(xiàn)、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(gè)領(lǐng)域中(包含工業(yè)領(lǐng)域)。

　　但是，汽車(chē)應用中可能仍會(huì )采用(至少在最初階段)現有的供應商特定連接器和接線(xiàn)器。以后將逐漸傾向于采用如ISO 13400中規定的標準化IP診斷接口。以太網(wǎng)PHY(收發(fā)器)可靈活使用此類(lèi)連接器和線(xiàn)纜，而不會(huì )使性能顯著(zhù)降低。下表1列出了CAT5電纜的典型特性。