對(duì)高速汽車網(wǎng)絡(luò)的需求正在增加并達(dá)到更高的復(fù)雜程度，以支持駕駛員安全、減少環(huán)境負(fù)荷并提高乘客舒適度。然而，進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)的是采用高清攝像頭進(jìn)行停車輔助、鳥瞰視覺系統(tǒng)、雷達(dá)和激光雷達(dá)以增強(qiáng) ADAS 系統(tǒng)。隨著行業(yè)轉(zhuǎn)向全自動(dòng)駕駛汽車，連接性發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。用于車載網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)總線，如 LIN、CAN 和 CAN-FD，在速度和帶寬方面已達(dá)到極限。

同時(shí)，所有這些系統(tǒng)和子系統(tǒng)都需要復(fù)雜的布線網(wǎng)絡(luò)。隨著汽車制造商從內(nèi)燃機(jī) （ICE） 轉(zhuǎn)向所有電動(dòng)汽車 （EV） 以滿足環(huán)保目標(biāo)，減少電纜尺寸和重量增加了挑戰(zhàn)。畢竟，更輕的電動(dòng)汽車會(huì)增加電池的續(xù)航里程。在這種情況下，以合適的成本使用更細(xì)、更輕的電纜滿足高帶寬、低延遲、確定性、穩(wěn)健和可靠通信的需求，促使汽車制造商權(quán)衡使用以太網(wǎng)的利弊。

以太網(wǎng)已經(jīng)在辦公室和家庭環(huán)境中得到廣泛使用，其重要的表親工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)為物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 帶來(lái)了生機(jī)。然而，它在汽車環(huán)境中用于以太網(wǎng)的用途僅限于非關(guān)鍵系統(tǒng)。基于兩個(gè)差分對(duì)的傳統(tǒng) 100BASE-TX 以太網(wǎng)電纜過(guò)于昂貴。另一方面，CAT 5 電纜不符合汽車 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，因此無(wú)法用于車載網(wǎng)絡(luò)，只能用于診斷。

為了滿足重量、EMI 和成本要求，電氣和電子工程師協(xié)會(huì) （IEEE） 定義了 IEEE 802.3bw 標(biāo)準(zhǔn)，也稱為 100BASE-T1。基于非屏蔽雙絞線 （UTP） 電纜的汽車以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)正在成為車載網(wǎng)絡(luò)的骨干，提供 100Mbps 并取代明顯較慢的 CAN 和 CAN-FD 總線協(xié)議。在 1Gbps 時(shí)，速度更快的 1000BASE-T1 標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3bp 將解決當(dāng)前和下一代架構(gòu)中的帶寬瓶頸。

自 2011 年成立以來(lái)，OPEN（一對(duì)以太網(wǎng)）聯(lián)盟特別興趣小組（SIG） 在汽車以太網(wǎng)的廣泛采用中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，建議使用 100BASE-T1 和 1000BASE-T1 UTP。它建立了開放的汽車以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) （BroadR-Reach），現(xiàn)在 OEM 和一級(jí)供應(yīng)商將其作為其指定要求的一部分加以引用。而且，通過(guò)與 IEEE 和 ISO 等其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)保持密切聯(lián)系，汽車以太網(wǎng)的適應(yīng)性正在激增。

最初用于診斷的汽車以太網(wǎng)可以優(yōu)化和簡(jiǎn)化應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)，以提高數(shù)據(jù)傳輸速度。網(wǎng)絡(luò)速度的提高意味著信號(hào)質(zhì)量至關(guān)重要。車輛內(nèi)的不同系統(tǒng)已從商品產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩a(chǎn)品。例如，在過(guò)去，倒車攝像頭不被視為車輛內(nèi)的關(guān)鍵部件，具有自動(dòng)駕駛功能；然而，這一切都改變了，你不能讓這些系統(tǒng)出現(xiàn)故障。在這里，信號(hào)不會(huì)受到損害或丟失。

EMC 對(duì)策在汽車設(shè)計(jì)中發(fā)揮著不可或缺的作用。為了開發(fā)精確、準(zhǔn)確和安全的解決方案，工程師必須盡量減少共模噪聲，這在差分傳輸線中會(huì)成為問(wèn)題。例如，您的電路板上可能靠近電源。在運(yùn)行過(guò)程中，它可能會(huì)向地線發(fā)送浪涌，導(dǎo)致電壓升高，從而將共模噪聲引入信號(hào)線。這種噪音會(huì)破壞音頻、視頻、數(shù)據(jù)和通信信號(hào)，并損壞互連設(shè)備。共模噪聲也可能來(lái)自其他地方并饋入線路。

使用共模扼流圈濾除共模頻率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非常干凈的信號(hào)，其中只有所需的頻率。如果所選組件不符合正確的過(guò)濾要求，它們可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題——例如，備用攝像機(jī)的視頻流無(wú)法通過(guò)。至關(guān)重要的是，讓數(shù)據(jù)再次通過(guò)需要滿足的某些參數(shù)。因此，電路設(shè)計(jì)人員在選擇共模扼流圈時(shí)需要小心謹(jǐn)慎；選擇符合 OPEN Alliance 散射參數(shù)或 S 參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求的產(chǎn)品至關(guān)重要。

S 參數(shù)測(cè)試將 xBASE-T1 UTP 視為平衡傳輸線，并檢查反射不會(huì)導(dǎo)致過(guò)度的功率損耗或模式轉(zhuǎn)換，從而破壞信號(hào)。測(cè)試包括：

Sdd21——輸入差分插入損耗，表示差模傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量損耗

Scc21 – 共模衰減，表示噪聲抑制性能

Sdd11 – 輸入差分回波損耗測(cè)量反射的 dB 幅度，表示功率損失

Ssd21 – 差分共模抑制測(cè)量收發(fā)器側(cè)以 dB 為單位的幅度

由于 S 參數(shù)隨測(cè)量頻率而變化，因此除了特性阻抗或系統(tǒng)阻抗之外，還必須指定頻率。

為了說(shuō)明選擇符合 OPEN Alliance 標(biāo)準(zhǔn)的共模扼流圈的重要性，我們比較了 TDK 的 ACT1210 系列中的兩個(gè)組件。ACT1210L-201 符合 OPEN Alliance 100BASE-T1 標(biāo)準(zhǔn)，而用于 CAN-BUS 的 ACT1210-110 則不符合這些標(biāo)準(zhǔn)。

圖 1：用于 CAN-BUS 的 ACT1210-110 與用于汽車以太網(wǎng)的 ACT1210L-201 的比較

從 S 參數(shù)（圖 1）的比較中可以看出，不符合標(biāo)準(zhǔn)的 ACT1210-110 組件無(wú)法滿足 OPEN Alliance 標(biāo)準(zhǔn)。不是為汽車以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的組件具有較差的 EMI 噪聲抑制和 BCI 抗擾度。因此，噪聲可能會(huì)被輻射并干擾信號(hào)，這可能會(huì)影響其他通信。S參數(shù)的Sdd21特性具有波形質(zhì)量，Scc21特性具有EMC抑制作用，Ssd21（DCMR）特性是影響B(tài)CI電阻的參數(shù)。因此，需要選擇與模式轉(zhuǎn)換特性 DCMR （Ssd21） 兼容的共模扼流圈，同時(shí)確保符合 OPEN Alliance S 參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的高電感值。

因此，TDK 提供了廣泛的先進(jìn)產(chǎn)品組合來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，包括符合 OPEN 聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的共模扼流圈。ACT1210L （100BASE-T1） 和 ACT1210G （1000BASE-T1） 系列在行業(yè)中獨(dú)一無(wú)二的方式是基于鐵氧體磁芯材料的選擇和所使用的繞組技術(shù)之間的混合。TDK 擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)其傳統(tǒng)的鐵氧體材料定義了最適合信號(hào)濾波的核心材料。自動(dòng)繞線系統(tǒng)使用一種消除電容的技術(shù)，這種技術(shù)通常在繞線過(guò)程中引入。它還抵消了來(lái)自核心材料本身的損失。與手動(dòng)上弦相比，使用自動(dòng)上弦的另一個(gè)好處是設(shè)計(jì)可重復(fù)且一致，確保批次之間的電氣性能沒(méi)有漂移。該組件的整體結(jié)構(gòu)也非常堅(jiān)固。我們使用激光焊接來(lái)確保組件的良好端接，在回流焊接過(guò)程中不會(huì)受到影響。

ACT1210L 和 ACT1210G 系列實(shí)現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的性能特征，特別是在滿足 Ssd21 要求的模式轉(zhuǎn)換能力方面。這些符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)源元件采用緊湊的 3225 尺寸格式，支持 -40°C 至 +125°C 的工作溫度范圍。ACT1210L 可以實(shí)現(xiàn)高水平的 Scd21 模式轉(zhuǎn)換特性，同時(shí)在 100kHz 時(shí)保持高達(dá) 200μH 的高電感值。針對(duì)更快的 1000BASE-T 應(yīng)用，具有相同 3225 封裝的 ACT1210G 還實(shí)現(xiàn)了高 S 參數(shù)，在 100kHz 時(shí)電感值為 80μH。

圖 2：ACT1210G 共模扼流圈的 S 參數(shù)以及它們與 OPEN 聯(lián)盟限制的比較

結(jié)論

目前，汽車以太網(wǎng)剛剛興起，幾乎所有車輛都將其用于診斷。隨著越來(lái)越多的攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)和其他傳感器設(shè)備用于關(guān)鍵車載系統(tǒng)，將需要更快的速度和更高的處理能力，這將進(jìn)一步推動(dòng)汽車以太網(wǎng)的使用。這與行業(yè)轉(zhuǎn)向更多的 L3 和 L4 自治系統(tǒng)是一致的。

TDK在信號(hào)濾波領(lǐng)域擁有多年經(jīng)驗(yàn)。在開發(fā)汽車級(jí) ACT1210 共模扼流圈時(shí)，我們的工程師在將其推向市場(chǎng)之前與半導(dǎo)體制造商密切合作。這使我們能夠了解 Tier-1 和其他 OEM 要求的過(guò)濾要求和可用的 PCB 尺寸——一種三角關(guān)系。

對(duì)于共模扼流圈，TDK 超越了汽車行業(yè)的要求。我們的汽車級(jí)以太網(wǎng)組件在我們位于日本的內(nèi)部設(shè)施中進(jìn)行了過(guò)度測(cè)試，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的更嚴(yán)格的限制線。此外，組件的整體結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固。

審核編輯：郭婷