汽車以太網(wǎng)在傳輸通道硬件方面的探討

隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)的到來，娛樂系統(tǒng)和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的數(shù)據(jù)傳輸也越來越重要，汽車以太網(wǎng)的出現(xiàn)，承載了我們對未來數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝枨蟆?/p>

大家好！汽車以太網(wǎng)系列已經(jīng)來到了第五期，經(jīng)過了前四期的介紹，相信大家已經(jīng)對汽車以太網(wǎng)有了初步的了解，本期將在傳輸通道硬件方面進行探討。閑話少敘，讓我們進入今天的文章吧。

關于傳輸通道硬件的選擇，除了各供應商之間的商業(yè)爭奪外，對非屏蔽與屏蔽兩者的選擇也一直是使用者疑惑和爭論的焦點。所有疑惑和爭論的來源在于BroadR-Reach中關于傳輸鏈路的說明，“The one pair UTP cable”（單對非屏蔽的雙絞線），可支持每條鏈路同時滿足100Mbps傳輸。

我認同在100Mbps“無電磁干擾環(huán)境下”的“穩(wěn)定”傳輸中，非屏蔽系統(tǒng)可以勝任這樣的工作。但我們也在實際的通道傳輸研究中發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)象，希望引起讀者的注意與思考。首先就SI（信號完整性）方面來說，即便是非屏蔽線纜拓撲，也存在多種形式。其中常見的兩種是裸露無絕緣外被的非屏蔽雙絞線對和帶有一體緊固絕緣外被的非屏蔽雙絞線，如圖2所示。

用這兩種形式分別去匹配系統(tǒng)，傳輸會產(chǎn)生不同的效果：1. 無一體絕緣外被雙絞線在整車裝配時可能由于工人誤操作發(fā)生退絞情形，一旦發(fā)生，會嚴重影響整體特性阻抗。2. 對于不同的使用環(huán)境，我們模擬了兩種情形。

1） 先是僅把手放在線纜上（僅觸碰），對于無一體絕緣外被的線纜來說，由于了改變兩根線纜間的介電常數(shù)，在觸碰后，通道的特性阻抗發(fā)生明顯較大波動，甚至超過標準（TC2）要求。

2） 我們又嘗試更惡劣的條件，把線纜放于水中，模擬高度潮濕的環(huán)境，無一體絕緣外被通道特性阻抗超過標準值相較之前更大。而兩次實驗中，帶有一體式外被的線纜特性阻抗始終較穩(wěn)定。討論以上情況的原因是，包括BroadR-Reach在內(nèi)的各標準對于線纜的具體狀態(tài)沒有提及，很多廠商出于成本考量，更傾向選擇無一體外被的非屏蔽雙絞線，那么在實際使用過程中，由于環(huán)境的變化，信號就存在出現(xiàn)較大反射的可能性。再者，對于通道EMC情況，即標準中提及的WCC包含ES（Environmental System）的測試情景，也有以下現(xiàn)象需要注意。

1. 該現(xiàn)象于TC9中提到，在測試非屏蔽線纜串擾時，如果從線纜沿徑向剖開界面處觀察，兩對絞線如圖3（b）放置時（絞線對所在平面互相垂直），產(chǎn)生的串擾值此時會是該布置情境下的最小情況；如果如圖3（c）放置（絞線對所在平面互相平行），產(chǎn)生的串擾值此時會是該布置情境下的最大情況。

而且請注意的是，對于非屏蔽雙絞線，在實際應用中，由于前情說到的使用了帶一體式絕緣外被，又無法真正剖開線纜觀察，布置捆扎的情況是隨機的，就有可能出現(xiàn)同一情境下，由于兩導線扭轉相對位置的變化，造成實際傳輸效果不同的情況。

2. 該現(xiàn)象未在任何標準中被提及。在汽車線束布局中，多股線束一同捆扎非常常見。當至少兩股非屏蔽雙絞線被捆扎在一起時，我們發(fā)現(xiàn)如果兩股線纜絞合處恰好正對，即絞線類似“張開的眼睛”恰好正對時，如圖4（b）所示，（此圖為了說明情況未畫絕緣外被，實際線纜帶有一體絕緣外被），實測的外來遠端串擾值會達到最大；如果兩股絞線絞合處恰好錯開，即如圖4（c）時（此圖為了說明情況未畫絕緣外被，實際線纜帶有一體絕緣外被），實測的外來遠端串擾值在相同情境下又降到最小。

但由于實際狀態(tài)下，使用的是帶一體式絕緣外被的非屏蔽線纜，無法判斷縱向絞合處的相對位置，會出現(xiàn)相同情境下，不同傳輸效果的情況。

3. 該現(xiàn)象未在任何標準中被提及。由于使用了非屏蔽的連接系統(tǒng)，我們可以認為常規(guī)的參照平面應為地面或距連接系統(tǒng)最近的金屬平面。汽車以太網(wǎng)對于非屏蔽鏈路允許最長15m，且最多有4對inline連接器的連接形式。以一般地面為例，非屏蔽連接器在實際布置中，極有可能出現(xiàn)，同一差分通道的兩根信號鏈路構成的平面垂直于地面的情況（如圖5所示）。

如果其中兩對inline按照如圖6（a）的情況布置，即inline1的1號pin在下，2號pin在上，此時1號pin距離地面較近；inline2的1號pin在上，2號pin在下，此時2號pin距離地面較近。則宏觀上整個inline1與inline2組合對于地面來說，1號pin和2號pin兩條線路距地面是等距的。如果其中兩對inline按照圖6（b）的情況布置，從inline1到inline2始終是1號pin在下，2號pin在上，則宏觀上整個inline1與inline2組合對于地面來說，1號pin距離地面更近，2號pin距離地面更遠，整個非屏蔽系統(tǒng)的平衡性就被破壞，實測LCL和LCTL參數(shù)變差，差模信號向共模信號轉換，傳輸效果變差。

實際情況中，最多有4對inline疊加，這種影響會更被放大。即便優(yōu)化如小體積的羅森伯格汽車以太網(wǎng)連接器非屏蔽的MTD，兩pin中心距僅1.5mm，這種現(xiàn)象也會發(fā)生。

以上僅是部分在使用非屏蔽鏈路時，系統(tǒng)自身由于拓撲方式的變化，會出現(xiàn)的現(xiàn)象。如果非屏蔽系統(tǒng)靠近高頻干擾信號源，如火花塞，電機等，則所受的影響會更大。

原文標題：《陪你做車載》系列丨羅森伯格與你暢聊汽車以太網(wǎng)（五）

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責任編輯：haq