由于车载电子设备的数量和复杂性显著增加,对低成本、高传输速率和高带宽网络解决方案的需求呈上升趋势。现有的汽车通讯技术,如面向媒体的系统传输(MOST)和低电压差分信号(LVDS)技术已不能满足这些需求,因为这些技术没有可扩展性,不能为新增加的服务和应用提供支持。而另一方面,基于以太网的通信技术则是一个符合成本效益和可扩展的解决方案,能够支持多个系统和设备,提供高数据传输速率,并且每个端口都拥有自己专属的带宽。
单对绞线车载以太网使用非屏蔽双绞线(UTP)电缆,数据传输速率可以达到100Mbps。这是一种相对较新的以太网技术,可以满足车载网络在高可靠性、低电磁辐射和低功耗方面的需求。使用单对非屏蔽电缆以及更小和更紧凑的连接器,可以减少高达80%的连接成本和高达30%的布线重量。
与100BASE-TX半双工技术不同,单对绞线车载以太网可以在单对绞线上实现同时发送和接收(即全双工)操作。为简单起见,单对绞线车载以太网以下称为车载以太网。与100BASE-TX所使用的扰频器相比,车载以太网数字信号处理器(DSP)采用了高度优化的扰频器,可以更好地分离信号,为汽车应用提供了强大和高效率的信令方案,比100BASE-TX系统的频谱效率更高。这使得车载以太网的信号带宽被限制在33.3MHz,只有100BASE-TX系统的一半。较低的信号带宽可以改善回波损耗,减少串扰,并确保车载以太网符合汽车电磁辐射标准。
图1 什么是BroadR-Reach®以太网?
图1告诉我们什么是BroadR-Reach®以太网,关于BroadR-Reach®以太网,需要注意以下几点:
(1)BroadR-Reach的物理层( PHY)已经被单对绞线以太网开放联盟(One-Pair Ethernet Alliance( OPEN))标准化,在一对非屏蔽双绞线(UTP)上能够进行双向传输。
(2)BroadR-Reach车载网络的物理层
利用了成熟的IEEE标准BASE-T PHYs技术;支持车载网络单对绞线布线;具有较短的信道到达目标(在UTP上为15米);进行了优化处理以满足车载EMC要求。
(3)保持标准的IEEE MAC 接口:可以为更高层的以太网生态系统提供直接支持。
单对绞线车载以太网支持汽车电缆诊断(ACD)功能,这项功能对于车载以太网连接实现高度可靠至关重要。 ACD可以通过分析反射信号的幅度和延迟来检测电缆的故障位置。由于车载设备是由电池供电,不需要进行高电压隔离,因而在输出端采用了交流耦合电容,而不是像标准以太网应用那样采用变压器。
随着对车载网络技术需求的不断增加,促使行业领导者加速以太网平台的标准化工作,尽早推出具有开放性和可以广泛部署的技术,以便在成本、性能、可用性以及技术集成等方面获得收益。
2011年11月初,博通、飞思卡尔、哈曼集团以及恩智浦半导体公司宣布成立一个特别兴趣小组(SIG),以推动单对非屏蔽绞线以太网车载连接技术的大规模采用。该兴趣小组与宝马和现代汽车公司合作,共同制定了单对绞线开放联盟SIG标准,以满足汽车行业对安全性、舒适性和信息娱乐等方面的更高要求,同时大幅降低网络复杂性和布线成本。博通公司BroadR-Reach®技术的普及,为新制定的SIG开放标准奠定了基础。
图2 以太网物理层(PHY)的演进:随着数据速率的增加,以太网物理层必须采用更加先进的技术,以便可以在无屏蔽双绞线上实现数据的高速正常传输