車載以太網(wǎng)線纜規(guī)格設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 車載以太網(wǎng)線纜常見(jiàn)的三種結(jié)構(gòu)類型

2011年11月9日，Broadcom、BMW、Freescale Semiconductor、Harman、Hyundai、NXP等科技及汽車產(chǎn)業(yè)的企業(yè)組織代表宣布成立開(kāi)放技術(shù)聯(lián)盟(SIG),以推動(dòng)以太網(wǎng)汽車互連技術(shù)的廣泛普及。致力于滿足業(yè)界強(qiáng)化車輛安全、舒適及資訊娛樂(lè)方面的需求，同時(shí)大幅降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度及線纜成本。博通（Broadcom）的BroadR-Reach技術(shù)是專門為滿足汽車廠商嚴(yán)格要求所研發(fā)，通過(guò)單對(duì)非屏蔽雙絞線上實(shí)現(xiàn)100Mbps的傳輸速率。此外，相對(duì)傳統(tǒng)用于信息娛樂(lè)系統(tǒng)的LVDS（低壓差分信號(hào)傳輸），BroadR-Reach系列產(chǎn)品不僅可以使系統(tǒng)成本降低多達(dá) 80%，還可以使電纜重量減輕多達(dá)30%。由于不需要昂貴且笨重的遮蔽纜線，汽車制造商可以大幅降低連結(jié)成本與纜線重量。所有OPEN聯(lián)盟成員都可以在合理，而且沒(méi)有差別待遇的條件(RAND Terms)下，通過(guò)博通的授權(quán)使用BroadR-Reach技術(shù)。在車載以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化方面，如下4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織或聯(lián)盟起到了主要的推動(dòng)作用，它們是IEEE 802.3和IEEE802.1工作組、汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟除了我們所說(shuō)的OPEN聯(lián)盟,還有AUTOSAR、以及AVnu聯(lián)盟。

車載以太網(wǎng)線纜規(guī)格設(shè)計(jì)

對(duì)于初期的以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的傳輸介質(zhì)是同軸電纜，同軸電纜是一種由兩個(gè)導(dǎo)體組成的合成物，同軸電纜使用了電磁屏蔽原理，即在線纜的內(nèi)外兩芯之間以及外芯和線皮分別有一層銅導(dǎo)體的屏蔽網(wǎng)。同軸電纜的中心導(dǎo)線用于傳輸信號(hào)，金屬屏蔽網(wǎng)起了兩個(gè)作用：一是作為信號(hào)的公共地線為信號(hào)提供電流回路，二是作為信號(hào)的屏蔽網(wǎng)，抑制電磁噪音對(duì)信號(hào)的干擾。中心導(dǎo)線與屏蔽網(wǎng)介于半發(fā)泡的聚丙烯絕緣層之間，絕緣層決定了電纜的傳輸特性，而且有效保護(hù)了中間的導(dǎo)線。從而屏蔽干擾信號(hào)（這實(shí)際上是最直接的方式，這是CSMA/CD這種分布式仲裁機(jī)制使然，車載通訊中Ethernet也選擇了新的協(xié)議類型規(guī)避了CSMA/CD，同軸電纜就是為總線型拓?fù)淞可矶ㄗ龅木€纜)，事實(shí)證明這種屏蔽效果更好，然而也更昂貴，對(duì)于以太網(wǎng)的五類線、六類線甚至超六類線的不斷推出，導(dǎo)線的信號(hào)屏蔽效果在不斷的提升但是車載系統(tǒng)與工業(yè)系統(tǒng)的不同以及空間、成本的限制，車載系統(tǒng)的通訊線最終還是選擇了雙絞線，雙絞線工藝簡(jiǎn)單而且價(jià)格相比同軸非常便宜，不添加任何資源，不主動(dòng)屏蔽任何千擾，而是靠讓不同的干擾互相抵消的方式巧妙解決問(wèn)題。雙絞線的傳輸方式注定了更低廉的造價(jià)以及更簡(jiǎn)單的物理結(jié)構(gòu)，利用差分電壓產(chǎn)生的電壓信號(hào)編碼即可完成，車載以太網(wǎng)的傳輸就是完全依靠的雙絞線來(lái)完成的。100M使用非屏蔽單絞線，(本文的主要內(nèi)容是按照100M的系統(tǒng)來(lái)介紹)。那我們開(kāi)始詳細(xì)的講解一下屏蔽的雙絞線的具體內(nèi)容。對(duì)于常規(guī)的以太網(wǎng)導(dǎo)線的阻抗的要求是在100Ω，The Ethernet bus wires shall be selected and designed to provide a differential characteristic impedance of 100 +5/-5 Ωasmeasured using Time Domain Reflectometry (TDR) with a rise time of 700 psec.The preferred impedance is 100 +/-3 Ω.

百兆車載以太網(wǎng)的線徑尺寸（Wire size）是0.35mm2,常規(guī)理論上傳輸?shù)男盘?hào)頻率越高那么導(dǎo)線之間的容抗性就會(huì)越來(lái)越明顯，這個(gè)時(shí)候就需要我們降低線徑來(lái)降低整個(gè)導(dǎo)線傳輸過(guò)程中的阻抗總量，但是降低線徑后對(duì)端子的壓接則提出了更高的要求，因此在千兆以太網(wǎng)的系統(tǒng)中導(dǎo)線的成本變化會(huì)成為成本上升的一個(gè)重要的方面。導(dǎo)線的絕緣層的選擇和厚度，這部分我們稱之為Cable，Cable內(nèi)部的金屬導(dǎo)體外加絕緣體，一般情況下我們是根據(jù)以太網(wǎng)線的特性阻抗來(lái)完成的選擇的，以太網(wǎng)cable的絕緣皮通常情況下聚丙烯和聚乙烯都是可以達(dá)標(biāo)的，但是聚氯乙烯是不建議使用的。

對(duì)于雙絞線外部的屏蔽層Shield、護(hù)套Sheath(Jacket)以太網(wǎng)系統(tǒng)中是不需要的，主要是基于成本上的考量。對(duì)于雙絞線而言鉸股線的絞距則決定導(dǎo)線整體傳播過(guò)程中的信號(hào)穩(wěn)定性，越密集的鉸股會(huì)產(chǎn)生更穩(wěn)定的傳輸信號(hào)，同時(shí)成本也會(huì)提升，常規(guī)的鉸股線的絞距的設(shè)定如下所示：

Gebauer & Griller “X6081”?pre-twisted2x0.35mm2 UTP PP thin wall, 20 mm twist length

Leoni Cable?“Dacar 624” pre-twisted 2x0.35mm2UTP PP thin wall, 13 mm twist length.

Champlain Cable?“DATARAD 150” pre-twisted 0.35mm2UTP XLPO thin wall, 13 mm twist length.

Champlain Cable “DATARAD JUTP, 15-08277”?2X 0.35.0mm2 BC, 125C Ethernet Cable Class C, Thin wall, 150UT Primary, ErgoflexJacket

高頻參數(shù)要求：

OPEN聯(lián)盟規(guī)范(TC2 100Mbps, TC9 1000Mbps)非常清楚地描述了汽車以太網(wǎng)電纜（不含連接器）的要求。OPEN聯(lián)盟已經(jīng)定義了所需電纜的基本要求- 相關(guān)性能參數(shù)（具體值基于不同的目標(biāo)速率）：

阻抗 Z —> 不同公差范圍的標(biāo)稱100Ohm

插入損耗 IL —>不同速率水平的平滑的曲線- 取決于頻率

回波損耗RL —> 根據(jù)不同頻率的速率要求

平衡性能 LCL1和LCTL2 —> 速率和電纜設(shè)計(jì)取決于不同頻率的要求

耦合衰減 —> 僅適用于屏蔽電纜

屏蔽效能 —> 僅適用于屏蔽電纜

車載以太網(wǎng)線纜常見(jiàn)的三種結(jié)構(gòu)

單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 是一種通過(guò)一對(duì)銅線提供以太網(wǎng)傳輸?shù)募夹g(shù)，同時(shí)還通過(guò)數(shù)據(jù)線供電 (PoDL) 向連接的設(shè)備傳輸電力。兩對(duì)雙絞線 OBD對(duì)外通信通常使用的是3、11、12、13 這四個(gè)引腳，外加一個(gè)引腳8做DOIP激活，在這里面，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖?、11、12、13，這四個(gè)引腳用了兩對(duì)雙絞線，這四根線跟外部網(wǎng)線中四根進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)跟診斷儀或PCG進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。四對(duì)雙絞線（線序分T568A和T568B） 上圖是常見(jiàn)的網(wǎng)線，網(wǎng)線的采用四對(duì)雙絞線，一般一百兆網(wǎng)絡(luò)的話會(huì)用到里面1，2, 3,6四根。OBD口的四個(gè)引腳要跟網(wǎng)線里某四根線進(jìn)行一一匹配才能進(jìn)行車外通信.傳統(tǒng)以太網(wǎng)需要兩對(duì)電線才能實(shí)現(xiàn)100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，或者需要四對(duì)電線才能實(shí)現(xiàn)1Gbps的傳輸速率。單對(duì)以太網(wǎng)僅使用一對(duì)電線以1Gbps的速率傳輸數(shù)據(jù)，傳輸距離可達(dá)40m，或以10Mbps傳輸速率可達(dá)1000m—顯著減少了電纜尺寸、成本和復(fù)雜性。盡管傳統(tǒng)以太網(wǎng)已經(jīng)在整個(gè)自動(dòng)化金字塔中實(shí)施，但最低級(jí)別(現(xiàn)場(chǎng)級(jí)別)的設(shè)備仍然經(jīng)常由現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制。SPE提供了一種以太網(wǎng)解決方案，可以在從云到現(xiàn)場(chǎng)的所有級(jí)別實(shí)施，消除了各種網(wǎng)絡(luò)相互“對(duì)話”所需的網(wǎng)關(guān)和其他硬件的需要。經(jīng)典1Gbps以太網(wǎng)使用帶有四對(duì)電線的Cat5電纜，并以高達(dá)100MHz的頻率運(yùn)行。每對(duì)都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，允許傳輸速率高達(dá)1Gbps。單對(duì)以太網(wǎng)僅使用一對(duì)電線，但工作頻率高達(dá)600MHz。在這個(gè)寬頻帶中，一些頻率發(fā)送數(shù)據(jù)，其他頻率接收數(shù)據(jù)，只需一對(duì)電線即可實(shí)現(xiàn)1Gbps的傳輸速度，隨著新能源汽車的實(shí)用性功能性要求增加，車載以太網(wǎng)需求將增多.

編輯：黃飛

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