汽车以太网在传输通道硬件方面的探讨

随着汽车智能网联的到来，娱乐系统和高级驾驶辅助系统（ADAS）的数据传输也越来越重要，汽车以太网的出现，承载了我们对未来数据传输的更高需求。

大家好！汽车以太网系列已经来到了第五期，经过了前四期的介绍，相信大家已经对汽车以太网有了初步的了解，本期将在传输通道硬件方面进行探讨。闲话少叙，让我们进入今天的文章吧。

关于传输通道硬件的选择，除了各供应商之间的商业争夺外，对非屏蔽与屏蔽两者的选择也一直是使用者疑惑和争论的焦点。所有疑惑和争论的来源在于BroadR-Reach中关于传输链路的说明，“The one pair UTP cable”（单对非屏蔽的双绞线），可支持每条链路同时满足100Mbps传输。

我认同在100Mbps“无电磁干扰环境下”的“稳定”传输中，非屏蔽系统可以胜任这样的工作。但我们也在实际的通道传输研究中发现了一些现象，希望引起读者的注意与思考。首先就SI（信号完整性）方面来说，即便是非屏蔽线缆拓扑，也存在多种形式。其中常见的两种是裸露无绝缘外被的非屏蔽双绞线对和带有一体紧固绝缘外被的非屏蔽双绞线，如图2所示。

用这两种形式分别去匹配系统，传输会产生不同的效果：1. 无一体绝缘外被双绞线在整车装配时可能由于工人误操作发生退绞情形，一旦发生，会严重影响整体特性阻抗。2. 对于不同的使用环境，我们模拟了两种情形。

1） 先是仅把手放在线缆上（仅触碰），对于无一体绝缘外被的线缆来说，由于了改变两根线缆间的介电常数，在触碰后，通道的特性阻抗发生明显较大波动，甚至超过标准（TC2）要求。

2） 我们又尝试更恶劣的条件，把线缆放于水中，模拟高度潮湿的环境，无一体绝缘外被通道特性阻抗超过标准值相较之前更大。而两次实验中，带有一体式外被的线缆特性阻抗始终较稳定。讨论以上情况的原因是，包括BroadR-Reach在内的各标准对于线缆的具体状态没有提及，很多厂商出于成本考量，更倾向选择无一体外被的非屏蔽双绞线，那么在实际使用过程中，由于环境的变化，信号就存在出现较大反射的可能性。再者，对于通道EMC情况，即标准中提及的WCC包含ES（Environmental System）的测试情景，也有以下现象需要注意。

1. 该现象于TC9中提到，在测试非屏蔽线缆串扰时，如果从线缆沿径向剖开界面处观察，两对绞线如图3（b）放置时（绞线对所在平面互相垂直），产生的串扰值此时会是该布置情境下的最小情况；如果如图3（c）放置（绞线对所在平面互相平行），产生的串扰值此时会是该布置情境下的最大情况。

而且请注意的是，对于非屏蔽双绞线，在实际应用中，由于前情说到的使用了带一体式绝缘外被，又无法真正剖开线缆观察，布置捆扎的情况是随机的，就有可能出现同一情境下，由于两导线扭转相对位置的变化，造成实际传输效果不同的情况。

2. 该现象未在任何标准中被提及。在汽车线束布局中，多股线束一同捆扎非常常见。当至少两股非屏蔽双绞线被捆扎在一起时，我们发现如果两股线缆绞合处恰好正对，即绞线类似“张开的眼睛”恰好正对时，如图4（b）所示，（此图为了说明情况未画绝缘外被，实际线缆带有一体绝缘外被），实测的外来远端串扰值会达到最大；如果两股绞线绞合处恰好错开，即如图4（c）时（此图为了说明情况未画绝缘外被，实际线缆带有一体绝缘外被），实测的外来远端串扰值在相同情境下又降到最小。

但由于实际状态下，使用的是带一体式绝缘外被的非屏蔽线缆，无法判断纵向绞合处的相对位置，会出现相同情境下，不同传输效果的情况。

3. 该现象未在任何标准中被提及。由于使用了非屏蔽的连接系统，我们可以认为常规的参照平面应为地面或距连接系统最近的金属平面。汽车以太网对于非屏蔽链路允许最长15m，且最多有4对inline连接器的连接形式。以一般地面为例，非屏蔽连接器在实际布置中，极有可能出现，同一差分通道的两根信号链路构成的平面垂直于地面的情况（如图5所示）。

如果其中两对inline按照如图6（a）的情况布置，即inline1的1号pin在下，2号pin在上，此时1号pin距离地面较近；inline2的1号pin在上，2号pin在下，此时2号pin距离地面较近。则宏观上整个inline1与inline2组合对于地面来说，1号pin和2号pin两条线路距地面是等距的。如果其中两对inline按照图6（b）的情况布置，从inline1到inline2始终是1号pin在下，2号pin在上，则宏观上整个inline1与inline2组合对于地面来说，1号pin距离地面更近，2号pin距离地面更远，整个非屏蔽系统的平衡性就被破坏，实测LCL和LCTL参数变差，差模信号向共模信号转换，传输效果变差。

实际情况中，最多有4对inline叠加，这种影响会更被放大。即便优化如小体积的罗森伯格汽车以太网连接器非屏蔽的MTD，两pin中心距仅1.5mm，这种现象也会发生。

以上仅是部分在使用非屏蔽链路时，系统自身由于拓扑方式的变化，会出现的现象。如果非屏蔽系统靠近高频干扰信号源，如火花塞，电机等，则所受的影响会更大。

原文标题：《陪你做车载》系列丨罗森伯格与你畅聊汽车以太网（五）

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责任编辑：haq