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以太網(wǎng)解決方案
目前的汽車越來越網(wǎng)絡(luò)化，智能化，不斷革新的ADAS技術(shù)，高品質(zhì)的車載影音娛樂系統(tǒng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的自動(dòng)駕駛技術(shù)，這些新技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了對車載網(wǎng)絡(luò)容量需求的爆發(fā)式增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)汽車總線CAN\LIN的能力，需要新的汽車網(wǎng)絡(luò)總線，在這個(gè)背景下，汽車以太網(wǎng)獲得了飛速的發(fā)展。
目前的汽車越來越網(wǎng)絡(luò)化，智能化，不斷革新的ADAS技術(shù)，高品質(zhì)的車載影音娛樂系統(tǒng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的自動(dòng)駕駛技術(shù)，這些新技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了對車載網(wǎng)絡(luò)容量需求的爆發(fā)式增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)汽車總線CAN\LIN的能力，需要新的汽車網(wǎng)絡(luò)總線，在這個(gè)背景下，汽車以太網(wǎng)獲得了飛速的發(fā)展。
圖 1 汽車以太網(wǎng)處理豐富的功能
“汽車以太網(wǎng)”指用于車載電氣系統(tǒng)的任何基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)方案，它還可作為BroadR-Reach（或OPEN Alliance BroadR-Reach）和100base-T1（IEEE 802.3bw-2015）的統(tǒng)稱，在任何一種情況下，汽車以太網(wǎng)都經(jīng)過專門定制的，可實(shí)現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)的更快數(shù)據(jù)通信。
除了高帶寬之外，今天的車輛最好提供可擴(kuò)展、面向未來的開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并且可以支持多個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備。車載網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)妨礙產(chǎn)品上市，布線應(yīng)該經(jīng)濟(jì)且相對輕便。此外，車載網(wǎng)絡(luò)必須在溫度范圍，功耗和可靠性方面滿足嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
上面提到的許多要求超出了傳統(tǒng)的100 / 1000base-T以太網(wǎng)，它們在汽車中的使用非常有限，傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)適合企業(yè)級、商業(yè)級和消費(fèi)級應(yīng)用，它提供更長的覆蓋范圍，是一種屏蔽的四對電纜，這對于汽車市場來說太重了。
實(shí)際上，一些特定的挑戰(zhàn)推動(dòng)了對汽車以太網(wǎng)的要求，首先，操作環(huán)境相當(dāng)苛刻，車身溫度范圍為-40°C至85°C，底盤和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)溫度范圍為125°C，機(jī)械限制包括在車身和駕駛室內(nèi)加速高達(dá)4G，機(jī)械堅(jiān)固性是必須的，不希望每次遇到坑洞時(shí)電纜連接都會(huì)失效。
汽車以太網(wǎng)的優(yōu)勢
讓我們看一下與其他在汽車環(huán)境中使用的一些協(xié)議相比，使用此協(xié)議的一些優(yōu)勢。與LIN（19.2 kb / s），CAN FD（15 Mb / s），F(xiàn)lexRay（10 Mb / s）和MOST（25、50或150 Mb / s）等協(xié)議相比，汽車以太網(wǎng)提供更高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸， LIN協(xié)議實(shí)際上只能用于控制車身電子設(shè)備（如車窗或車燈）等極低帶寬應(yīng)用。
CAN或CAN FD提供15 Mb / s范圍內(nèi)的靈活數(shù)據(jù)速率，但仍限于相對低帶寬的應(yīng)用，F(xiàn)lexRay也是如此，它通過其并行數(shù)據(jù)線提供冗余優(yōu)勢，如果一條線路損壞，另一條線路可以接管其功能，因此，它可用于安全或其他關(guān)鍵功能，如轉(zhuǎn)向或制動(dòng)控制。
MOST是一種信息娛樂標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)速率可為25、50和150 Mb / s，后者的總帶寬高于100 Mb / s的汽車以太網(wǎng)。但一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別是MOST的150 Mb / s帶寬是在環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中共享，而每個(gè)專用的汽車以太網(wǎng)鏈路提供完整的100 Mb / s帶寬（圖2）。因此，汽車以太網(wǎng)提供比大多數(shù)常見的汽車串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)更高的帶寬，由于它依靠單對非屏蔽雙絞線傳輸，因此它還提供了低成本的布線方案，布線重量比屏蔽布線小約30％，連接成本節(jié)省約80％。
圖2 MOST環(huán)形組網(wǎng)
汽車以太網(wǎng)滿足嚴(yán)格的EMC和EMI要求以及汽車應(yīng)用領(lǐng)域的溫度等級要求，最后一個(gè)好處是，以太網(wǎng)堆棧上層的所有軟件接口都與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)完全相同。如果您以前曾經(jīng)使用過以太網(wǎng)，那么您可能已經(jīng)擁有了所有的軟件和測試工具。
汽車以太網(wǎng)的測試
有各種不同類別的汽車以太網(wǎng)測試，以示波器為中心的電信號測試在物理媒介附件（PMA）測試組中定義。這些測試確定產(chǎn)品是否符合BroadR-Reach或IEEE 802.3bw規(guī)范中規(guī)定的電氣發(fā)射機(jī)和接收機(jī)規(guī)范。
在物理編碼子層（PCS）和PHY控制規(guī)范中可以找到專注于協(xié)議本身功能的其他測試，可以在此處發(fā)送命令并驗(yàn)證設(shè)備是否已正確響應(yīng)，PCS發(fā)送/接收、狀態(tài)圖、編碼/解碼以及加擾/解擾是這些測試所涉及的一些領(lǐng)域。測試規(guī)范還為其他元素提供了建議，例如共模扼流圈，EMC和通信通道本身。
讓我們轉(zhuǎn)向討論汽車以太網(wǎng)的一致性測試，100base-T1（IEEE 802.3bw）規(guī)范包括PMA，PCS和PHY控制的一致性要求，但I(xiàn)EEE的規(guī)范本身并不包含測試規(guī)范，New Hampshire University InterOperability實(shí)驗(yàn)室于2016年11月舉辦了第一屆100base-T1插拔大會(huì)，并編寫了描述如何進(jìn)行一致性測試的測試文檔，最終，由OEM、PHY供應(yīng)商或一級供應(yīng)商與測試設(shè)備制造商或測試機(jī)構(gòu)合作，以確定產(chǎn)品是否符合規(guī)范。
為什么PHY合規(guī)性很重要？主要原因是OEM的車輛ECU的開發(fā)周期很長, 因此，穩(wěn)健的做法是確保設(shè)計(jì)的PHY芯片在組成系統(tǒng)之前滿足規(guī)范的要求，一旦PHY芯片已集成到ECU中，系統(tǒng)本身也必須進(jìn)行合規(guī)性測試，在評估板上測試芯片是一回事，但在系統(tǒng)上測試則是另一回事，ECU板布局是否正確？也許，或許不是， PHY芯片的行為是否會(huì)在ECU板的環(huán)境中發(fā)生變化？通過測試系統(tǒng)的合規(guī)性，將可以回答這些問題。
請記住，遵守100base-T1規(guī)范并不能保證互操作性，對于PCI Express或USB，當(dāng)您的產(chǎn)品通過合規(guī)性測試時(shí)，它可以使用協(xié)議的logo，并且可以期望與同樣通過測試的所有其他產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互操作性。然而，雖然100base-T1規(guī)范提供了明確定義的發(fā)送器要求，但接收器的實(shí)現(xiàn)仍由設(shè)計(jì)人員完成。
BroadR-Reach和100base-T1的PHY一致性測試包括：
• Maximumtransmitter output droop
• Transmitterclock frequency
• Transmittertiming master jitter
• Transmittertiming slave jitter
• Transmitterdistortion
• Transmitterpower spectral density (PSD)
對于100base-T1，需要增加一項(xiàng)測試：
• Transmitterpeak differential output
InterOperability實(shí)驗(yàn)室編寫的測試文檔涵蓋了測試設(shè)備要求，汽車以太網(wǎng)的100 Mb / s需要帶寬至少為1 GHz的示波器，采樣率至少為2GS / s（圖3），力科建議采樣速率為10 GS / s，以確保對抖動(dòng)測量進(jìn)行10倍過采樣，隨著1000base-T1規(guī)范的出現(xiàn)，帶寬需求將上升到2.5GHz范圍。
圖3 力科測試方案
此外，建議用于測試的示波器具有執(zhí)行頻譜分析的能力。如果做不到這一點(diǎn)，建議用頻譜分析儀補(bǔ)充示波器，對于發(fā)射機(jī)distortion測試，需要一個(gè)能夠產(chǎn)生5.4 Vpk-pk差分正弦波的正弦波發(fā)生器，頻率約為11.11 MHz。除此之外，您還需要兩根BNC電纜和兩根BNC-to-SMA適配器，以便將這些信號輸入以太網(wǎng)測試夾具，簡短的汽車以太網(wǎng)電纜可將DUT MDI輸出的任何接口轉(zhuǎn)換為RJ-45連接器。這反過來允許您插入以太網(wǎng)測試夾具，從那里信號進(jìn)入示波器。