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車(chē)載以太網(wǎng)——面向汽車(chē)設計的EMI挑戰

作者: 時(shí)間:2011-01-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
  如今,已能夠正式進(jìn)入諸如CAN、LIN、FlexRay和MOST這樣的行列。但是,既然已經(jīng)有如此多的網(wǎng)絡(luò )存在,我們?yōu)槭裁催€需要?具體可用于哪些汽車(chē)應用? 事實(shí)上答案很簡(jiǎn)單,并且可一語(yǔ)道出以太網(wǎng)如今在辦公網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域一統天下的原因。簡(jiǎn)易性和經(jīng)過(guò)現場(chǎng)驗證的開(kāi)放標準,大大降低了以太網(wǎng)在每一種應用情況下的擁有成本,這也是以太網(wǎng)最近深受工廠(chǎng)和家庭技術(shù)用戶(hù)青睞的部分原因。在眾多以太網(wǎng)供應商的支持下,龐大的辦公市場(chǎng)和急劇膨脹的消費市場(chǎng)使以太網(wǎng)的定價(jià)水平能夠遠低于任何“定制”協(xié)議的定價(jià)。

  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()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)。

《電子系統設計》

  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。

《電子系統設計》

  


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