車載以太網(wǎng)——面向汽車設(shè)計(jì)的EMI挑戰(zhàn)

　　汽車以太網(wǎng)的最初應(yīng)用通常包括車載診斷系統(tǒng)(OBD)，它大大縮短了軟件的下載時(shí)間。似乎有一種普遍的共識(shí)：OBD將轉(zhuǎn)向基于IP的接口(即以太網(wǎng)的物理層)，而非速度較慢的傳統(tǒng)CAN。展望未來，“實(shí)時(shí)”以太網(wǎng)AVB(音頻視頻橋接)將能夠提供高性能的資訊娛樂網(wǎng)絡(luò)解決方案，但是其所面臨的挑戰(zhàn)，不僅僅是單純的技術(shù)問題。即使當(dāng)汽車停在服務(wù)站(即并未行駛)時(shí)，OBD 應(yīng)用同樣可以正常運(yùn)行。當(dāng)汽車行駛時(shí)，汽車制造商需要更加嚴(yán)格的EMI要求。以太網(wǎng)從未針對此類應(yīng)用進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。那么，這項(xiàng)技術(shù)是否能夠應(yīng)對挑戰(zhàn)？

耐熱和 EMC 性能

　　工業(yè)控制市場已經(jīng)證明，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)能夠在極端條件下實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁的性能。大部分此類應(yīng)用通常會(huì)面對較大的溫度變化范圍、劇烈震動(dòng)、高EMC輻射以及灰塵或潮濕環(huán)境。以太網(wǎng)設(shè)備采用低功耗和封裝設(shè)計(jì)，固此在將發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境溫度升高到+85°C(正常溫度)以上時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)散熱問題。例如，麥瑞半導(dǎo)體的KSZ8041NL AM單端口快速以太網(wǎng)PHY解決方案(符合AECQ-100 標(biāo)準(zhǔn))，在耐熱增強(qiáng)的5mm x5mm MLF? 封裝內(nèi)，僅消耗175mW。KSZ8041NL 系列還提供軍用規(guī)格變體，支持高達(dá)125°C的環(huán)境溫度。

　　由于工業(yè)和汽車市場的需求，許多新一代以太網(wǎng)設(shè)備都具備顯著改善的ESD(靜電放電)性能。這是一個(gè)重大的觀念轉(zhuǎn)變，以前的辦公應(yīng)用并不十分重視 ESD 額定值。例如，麥瑞半導(dǎo)體KSZ8041 PHY和KSZ8851控制器系列的HBM(人體模型)ESD 額定值都大于 6KV。評估板也顯示能夠提供大于9kV的接觸ESD和大于16.5kV的空氣ESD 額定值，而不需要任何外部過電壓保護(hù)設(shè)備。這超越了一般汽車廠商的電磁兼容性(EMC)要求，例如由寶馬集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)GS 95002的要求。

電磁輻射

　　目前行業(yè)對電磁干擾(EMI)性能的嚴(yán)格要求，是所有汽車電氣設(shè)備都要面臨的其中一項(xiàng)最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)速度的增長，信號(hào)傳輸速度也越來越快，這會(huì)導(dǎo)致更高的能量排放。行業(yè)面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是要設(shè)定以太網(wǎng)技術(shù)的排放限值和所需帶寬。

　　就視頻和相機(jī)成像傳輸來說，有關(guān)100Mbps快速以太網(wǎng)是否真正夠用，或是否需要推進(jìn)千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速度，仍然存有爭議。這種選擇很可能取決于相機(jī)應(yīng)用程序是否支持視頻壓縮。

　　圖1顯示以太網(wǎng)電路板的典型輻射特性，使用的是麥瑞半導(dǎo)體的KSZ9021千兆PHY。毫不奇怪，峰輻射位于參考時(shí)鐘的125Mbps諧波位置，超過了典型的OEM限值(此處以FlexRay為例)。

　　為保持一致性，如今在汽車運(yùn)行時(shí)，以太網(wǎng)可以使用雙絞線、同軸電纜或塑料光纖(POF)作為屏蔽電纜。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)RJ45連接器和CAT5電纜具備非常強(qiáng)勁的性能，廣泛應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中(包含工業(yè)領(lǐng)域)。

　　但是，汽車應(yīng)用中可能仍會(huì)采用(至少在最初階段)現(xiàn)有的供應(yīng)商特定連接器和接線器。以后將逐漸傾向于采用如ISO 13400中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化IP診斷接口。以太網(wǎng)PHY(收發(fā)器)可靈活使用此類連接器和線纜，而不會(huì)使性能顯著降低。下表1列出了CAT5電纜的典型特性。