Обработка автомобильных кабелей Ethernet

Jul 12, 2023

Электроника в современных автомобилях становится все более сложной. Поскольку все больше датчиков, элементов управления и интерфейсов используют более широкую полосу пропускания, требуется более высокая скорость передачи данных и более надежные сети. Вес кабелей и жгутов в автомобиле также вызывает беспокойство.

Кабели Ethernet решают эту проблему. Они представляют собой безопасную среду передачи, способную обрабатывать большие объемы данных. Кроме того, они на 30 процентов легче, чем кабели локальной сети контроллера или локальной межсетевой связи.

В 2016 году Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) опубликовал первый стандарт автомобильного Ethernet — IEEE 802.3bw или 100Base-T1. По словам Мики Арпе, глобального директора по специализированным продуктам компании Aptiv, поставщика автомобильной продукции, специализирующегося на безопасности и технологии связи.

Оба стандарта используют неэкранированную витую пару, в которой два медных провода скручены вместе по длине кабеля. Это приводит к уменьшению электромагнитного излучения и перекрестных помех, которые могут мешать другим проводам или компонентам, а также к противодействию помехам от других источников.

Однако в 100Base-TX используются две пары проводов, а в автомобильном Ethernet — одна пара, что позволяет снизить вес и стоимость, объясняет Арпе. Пара «сбалансированная», что означает, что сигналы имеют равные, но противоположные напряжения. Сигналы передачи и приема передаются по одной паре, а не по отдельным парам 100Base-TX.

В стандарте 100Base-TX также была указана максимальная длина 100 метров — длина, которой придерживались последующие стандарты Ethernet. Для автомобильного Ethernet была указана максимальная длина всего 15 метров, поскольку автомобильным приложениям не требуется большее расстояние до сетевых компонентов внутри автомобиля, а меньшая длина позволяет использовать более легкие кабели.

Скорость передачи данных стандарта IEEE 802.3bw может охватывать множество первоначальных автомобильных приложений, поэтому сегодня он широко используется. Но поскольку автомобильные компьютеры используют видеопотоки более высокой четкости и данные от нескольких датчиков, потребуются более высокие скорости, говорит Арпе.

Таким образом, вскоре после завершения разработки IEEE 802.3bw IEEE ратифицировал стандарт 802.3bp, или 1000Base-T1, обеспечивающий гигабитные скорости по экранированной или неэкранированной витой паре, говорит Арпе. Этот стандарт имеет много общего со своим предшественником, но частота почти в 10 раз выше — 600 МГц. Это означает, что кабели более уязвимы к перекрестным помехам, и инженеры должны помнить об этом, управляя электромагнитными шумами по всему транспортному средству, тщательно проверяя и экранируя их там, где это необходимо. Этот стандарт обеспечит достаточную пропускную способность для следующих двух или трех поколений автомобильных платформ.

В 2020 году IEEE представил 802.3ch, который обеспечивает мультигигабитный Ethernet со стандартной скоростью 2,5, 5 и даже 10 гигабит в секунду на тех же 15 метрах. На этих скоростях необходимы экранированные витые пары, но электрические частоты свыше 7 гигагерц могут потребовать использования экранированных параллельных пар для минимизации электромагнитных помех.

По словам Арпе, ключевым преимуществом Ethernet является то, что это гибкая сеть, позволяющая легко реконфигурировать ее. В случае сбоя маршрутизатор Ethernet может маршрутизировать трафик данных другим способом. Это важно для обеспечения бесперебойного подключения основных вычислительных компонентов автомобиля.

Также критически важным в автомобильных сетях является способность Ethernet передавать электроэнергию вместе с сигналом данных. Эта функция называется питанием по линиям передачи данных (PoDL), говорит Арпе. PoDL может поддерживать мощность до 500 миллиампер, чего достаточно для определенных датчиков, например оптимизированной спутниковой камеры. Это позволяет производителям автомобилей подводить одну пару проводов к некоторым датчикам для всех своих нужд, уменьшая вес и упрощая конструкцию жгутов.