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汽车以太网连接器实现高速通信

发布日期:2023-12-19     175 次

数字化趋势正在席卷全球各行各业,汽车行业也不例外。汽车行业在趋势推动下呈现出以下几大发展方向,一是车联网,二是传动系统电气化和智能化混合操作,三是智慧交通,四则是自动驾驶。


这些新功能的实现基于几方面,首先是需要各功能/系统连接性增强,其次是需要重复使用传感器信号以及通过云与后端通信并将汽车融入群体智能。高带宽、高频数据传输是实现连接性的关键所在。


汽车技术中的基石——连接


汽车技术的发展和革命性的进步可以用三个大趋势来概括,互连、自动驾驶和电气化。连接是这三个系统中的基础且重要的组成部分。汽车内部网络水平的提高,以及汽车与其他汽车、基础设施和云计算的连接,可以说“连接”这一环节是自动驾驶和电气化的前提。


在汽车领域流行的总线技术大家应该都有所了解,CAN、LIN、MOST等这些都有自己擅长的应用,也是汽车实现数字网络化的基础。不过随着车载网络容量需求的爆发式增长,上面这传统车载网络受到的制约越来越大。汽车以太网在其中开始发挥出重要作用。


其实,以太网在通讯领域早已获得了广泛的应用,不仅技术成熟、标准化程度高,还具有高带宽与低成本的优势。早先受制于电磁兼容(EMC)的问题没有解决,导致这一技术在整车中没有得到充分利用。随着整车系统数据体量的不断扩大,这些数据来自车辆(例如传感器和ECU),还有一些将来自空中接口(例如动态地图数据、软件补丁、下载等),车载以太网作为车载网络骨干,成了实现多层面高速通信的基石。


车载以太网连接的三条要求


汽车已经进入了软件和连接的时代,在全球汽车行业,形成了一个全新的价值链。车载网络和连接的核心是网络的物理层—互连系统和布线/线束,对连接提出的需求,首先便是带宽。例如具有66 -200MHz的100Mbit/秒的IEEE 100BASE-T1(IEEE802.3bw)、600MHz的1Gbit/秒得到IEEE 1000BASE-T1(IEEE802.3bp),这些以太网标准提供了汽车中传输数据越来越需要的大带宽。同时,汽车以太网布线会更简单,避免了光纤网络(MOST)的所有缺点。在不久的将来,汽车可能会有5到15条100Mbit/秒的汽车以太网线或是5条1Gbit/秒的线束。


挑战不仅仅是为更大的数据包提供更多的带宽,连接需要更灵活,显示出一定的设计弹性的。满足OEM对汽车电子/电气架构的不同设计也是一个挑战。例如,有些设计会使用更多的本地智能(分布在各种ECU或传感器上),而有些设计则选择在域ECU中设计更高计算能力的集中式体系结构,不同的设计电磁兼容性也不尽相同,有些设计可能需要连接带有更高水平的屏蔽,而有些应用可能只需要简单的无屏蔽连接。以太网连接需要为不同的EMC需求级别提供足够灵活性。


最后一点则是可靠性,汽车并不是网络和数据流量的“正常”环境,振动、冲击、热、寒冷、潮湿、强性流体和车载电气基础设施中的电压波动对管理数据流提出了严格的要求。车载连接器都需要足够耐用才能发挥作用。


车载以太网连接系统


目前汽车连接器行业领先的以太网连接器供应商分别是TE、安波福和罗森伯格。TE的MATEnet系列是一个端到端互连平台,特色在于模块化和可拓展小型化。根据TE给出的测试数据,MATEnet不仅展示了1000BASE-T1规范的1 Gbps性能,而且还展示了5 Gbps的未来潜力(采用替代技术)。

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高频、高带宽的数据传输对信号的完整性有严格的要求。MATEnet在性价比上极高,既不会给物理层芯片能力(尺寸、功耗)带来高负担,也不需要高端布线,能够很轻松地集成到现有的汽车连接接口。


安波福的AMEC以及罗森伯格的MTD因为双方技术合作,两个系列在两家厂商均有供应。AMEC是汽车专用模块化以太网连接器,特点在于结构极为紧凑,采用单对双绞线只有一对回路,占用空间极小,可以灵活运用各种设计。MTD在设计上也独具匠心,采用蜂巢结构设计,串扰低、对称性好,线缆到连接器接口的特性阻抗控制过渡区具有显著的优势。二者都是高规格车载以太网连接器中的热门系列。


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