本文要點
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汽車網路通訊協定包括區域互聯網路 (LIN)、控制器區域網路 (CAN)、媒體導向系統傳輸 (MOST) 和 FlexRay 等。 |
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透過一根無遮蔽雙絞線 (UTP)，車載乙太網為汽車提供了一種經濟高效的輕量化通訊解決方案。 |
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車載通訊網路中使用了很多成束的電纜，易產生串擾。 |
自動駕駛汽車是汽車產業的未來。為了實現網路安全連接，汽車產業使用乙太網網路。車載乙太網是車載資訊娛樂、故障診斷和遠端感測器連接的必要組成部分。與控制器區域網路 (controller area networks, CAN) 或 FlexRay 等常用的網路通訊協定相比，車載乙太網具有更多優勢。對於車載乙太網而言，網路中的串擾也相對較少。本文將討論汽車網路通訊協定和影響車載網路的串擾問題。
車載網路
車載網路的重要性日益凸顯
傳統燃油汽車正在被自動駕駛汽車所取代。事實上，自動駕駛汽車的市場需求非常強勁，以至於大多數主流車企都開始生產自動駕駛汽車。自動駕駛汽車的運行依賴電子系統，而不是機械或液壓系統。它使用的電子控制單元 (ECU) 在尺寸、重量和可靠性方面都優於傳統的電子控制單元。
自動駕駛汽車的電子控制單元是模組化的獨立單元，可相互通訊並與中央系統通訊。與現有的駕駛安全解決方案相比，車載網路需要能夠以更快的速度和更低的延遲傳輸資料，還要能夠以更大的頻寬處理大量資料。目前，車載網路有幾種不同的協定。我們將在下一節討論其中的幾種。
車載網路通訊協定
汽車網路通訊協定包括區域互聯網路 (LIN)、控制器區域網路 (CAN)、媒體導向系統傳輸 (MOST) 和 FlexRay 等。
區域互聯網路 (LIN)
LIN 是一種序列網路通訊協定，用於汽車中各種元件之間的通訊。這是一種低成本的網路標準，可在汽車中提供低端多工通訊。LIN 匯流排採用指令器 / 應答器方式進行通訊，只需使用一根線纜即可實現。
控制器區域網路 (CAN)
CAN 是一種平衡差分雙線序列通訊協定，可滿足車載網路的高頻寬需求。CAN 支援自動駕駛汽車的電子控制單元無縫共用控制資料。這是一種基於優先順序驅動的通訊協定。
媒體導向系統傳輸 (Media-Oriented System Transport , MOST)
這是一種用於汽車的高速多媒體網路，可在汽車部件內分發資訊。MOST 匯流排使用光纖鏈路作為主要通訊介質。
FlexRay
FlexRay 是一種序列通訊協定，可為汽車安全攸關系統和自我調整巡航控制提供可靠的通訊。FlexRay 的部分優勢包括資料傳輸速度快、資料傳輸能力強和時間觸發通訊。
車載乙太網
前文提到的汽車網路通訊協定並不能滿足汽車的所有需求。當今的汽車需要實現車對萬物 (vehicle-to-everything，V2X) 的連接能力以及更大的頻寬。車載乙太網協定可滿足汽車聯網需求，因而被汽車行業廣泛採用。車載乙太網是一種快速的四線標準通訊協定，可為車載系統提供保護。透過一根無遮蔽雙絞線 (UTP)，車載乙太網為汽車提供了一種經濟高效的輕量化通訊解決方案。
車載網路中的串擾問題
汽車高速通訊匯流排的設計使其能夠在惡劣的電磁環境中工作。車載網路的輻射不應干擾車載或非車載設備。此外，車載網路還不應受到外部雜訊的影響。如果車載資料網路容易受到電磁問題的影響，就會降低汽車的安全性和可靠性。
綜合考慮所有這些方面，電磁相容性成為車載網路設計的重中之重。為了確保電磁相容性，要在汽車電氣和電子結構設計中引入電磁干擾限制。
車載網路中的串擾是常見的故障模式之一。串擾是一種不良現象，會影響到車輛的安全。串擾現象會導致汽車通訊匯流排中的一條線路與另一條線路產生不必要的能量耦合，並降低汽車資料網路的訊號完整性。
汽車通訊網路中使用的電纜線束會產生串擾，表現為以 dB 值表示的外部串音或功率和外部近端串音。資料通訊線束中的多對電纜會削弱車載網路的抗串擾能力。而作為最常見的乙太網電纜類型，單根的雙絞線電纜有助於降低串擾的影響。
對於在自動駕駛汽車中建立通訊的網路，串擾會嚴重影響汽車電氣和電子結構的功能。與其他通訊協定相比，車載乙太網具有更好的性能、訊號完整性和抗串擾能力。
Cadence Sigrity SI 工具的車載乙太網通道模擬可以分析構成網路的線路，透過物理乙太網通道分析 ECU 到 ECU 的通訊性能，從而自動進行晶片到晶片的訊號完整性分析。這使我們可以測試 IP 的不同組合、不同的電纜長度、遮蔽與無遮蔽的效果對比，老化以及針對車載乙太網 100Base-T1 PHY 的合規性檢查。
使用 Sigrity SI 模擬可以在無需製作實物樣板的情況下，對輸出下降、功率譜密度、抖動、時鐘頻率、失真和回波損耗進行特性分析，如欲瞭解詳情，歡迎點擊觀看：
譯文授權轉載出處(Graser 偕同校閱)
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