0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

最大程度提高对汽车以太网应用的ESD保护

jf_94163784 来源:jf_94163784 作者:jf_94163784 2024-01-05 05:09 次阅读

数十年来,以太网广泛应用于工业和计算网络,但如今,越来越多地部署到汽车应用,取代了控制器局域网络(CAN)等传统网络。汽车以太网提供拓扑灵活性、高带宽和稳定的通信,能够满足原始设备制造商(OEM)从域向区域网络架构过渡期间的车内数据通信需求。本文首先讨论各种汽车以太网标准,然后再考虑它们必须符合的严格静电保护(ESD)和电磁兼容性(EMC)标准。最后介绍 Nexperia(安世半导体)的一系列元件,汽车 OEM 可利用这些元件确保车辆网络在发生 ESD 事件时得到全面保护。

汽车以太网标准

2016 年,开放技术联盟(One Pair Ethernet Network,OPEN)委员会开发了 100BASE-T1 和 1000BASE-T1 汽车以太网(随后由 IEEE 标准化),主要满足汽车应用与电磁干扰(EMI)和兼容性(EMC)相关的特定要求。2020 年开发的 10BASE-T1S 可实现短距离多点网络拓扑,这一特性使其非常适合支持车辆区域架构。目前正在开发汽车以太网的千兆级版本(MGBASE-T1)。表1列出了每种标准的规格

wKgZomWXHnWAHaw9AADvwg4mXgQ118.png

表1:汽车以太网标准

保护汽车以太网网络

与计算设施中部署的以太网版本不同,100BASE-T1 和 1000BASE-T1 汽车以太网标准使用单一非屏蔽双绞线(UTP)连接物理层接口(PHY),如图1所示。UTP 电缆体积更小、重量更轻、成本更低且易于使用,这些都是汽车 OEM 的关键要求,但其结构却给 EMI 防护带来了额外的挑战。

wKgaomWXHnWAVfIHAACy-ZCcTbQ438.png

图1:汽车以太网使用单一非屏蔽双绞线

在现代汽车中,数百米长的电缆连接着多个管理各种功能的电子控制单元(ECU)。电缆通常捆绑在一起形成线束,这就大大增加了出现 EMI 相关问题的可能性。在最坏的情况下,UTP 电缆中的 EMI 电压振幅可高达 100 V,因此以太网网络必须足够稳定,能够承受这些峰值。开放技术联盟为汽车以太网网络中的每个节点指定的保护电路如图 2 所示。这包括一个共模扼流圈(CMC),用于过滤可能耦合到电缆上的不必要的共模噪声,同时还有助于防止潜在的 ESD 破坏性影响。

wKgZomWXHnaAKhZmAAGG9XCulRg997.png

图2:开放技术联盟指定的汽车以太网保护电路

ESD 保护器件的关键要求是在低于 100 V 的电压下不应激活,同时为 24 V 工作电压提供至少 15kV 的 ESD 保护(至少耐受1000次放电)。开放技术联盟还建议 OEM 执行一系列附加测试,虽然这些测试对于 100BASE-T1 和 1000BASE-T1 大体相似,但它们的通过标准不同。其中两项测试旨在测量 ESD 保护器件对信号完整性(SI)的影响,并测量插入损耗(IL)、回波损耗(RL)和共模抑制比(CMMR)。ESD 放电电流测试可量化 ESD 事件期间流入 PHY 的电流,而射频钳位测试则旨在确保节点具有高达 100 V 的电磁兼容性。

在实际的汽车以太网部署中,ESD 保护的位置和布局至关重要。如图3中的场扫描图所示,该位置应位于连接器处,以确保 ESD 脉冲在连接器处直接被钳位接地,从而为包括 CMC 和 PHY 在内的所有网络电路提供最大保护。找元器件现货上唯样商城

wKgaomWXHnaARYBDAAWdCiK0CXw978.png

图3 ESD 事件的影响取决于 ESD 电路的布局

在脉冲条件下,CMC 可减少对 PHY 的 ESD 应力。当瞬态脉冲击中 CMC 时,它会阻断电流一段时间,时间长短取决于脉冲的电压电平,电压越高,阻断阶段越短。阻断阶段之后是饱和阶段,在这个阶段,CMC 的行为就像电感进入饱和状态。一旦达到饱和,它就开始传导电流,CMC 两端的电压开始下降。ESD 器件的封装布线应始终保持平直,避免出现任何接点或弯曲,差分信号的布线应穿过 ESD 器件的焊盘。出于信号完整性的考虑,应避免出现接点,差分线路的阻抗应为 100 Ω。为此,必须将线路分开。图4显示了 Nexperia 针对不同封装类型推荐的布线选项。

wKgZomWXHnaAWw4NAAKWXgv5bOs010.png

图4:SOT23 和 DFN 封装 ESD 保护器件的布线选项

Nexperia为汽车以太网

提供全面的ESD保护器件系列

Nexperia(安世半导体)为汽车以太网网络提供多种 ESD 保护器件(表2)。PESD2ETH 系列器件完全符合开放技术联盟 100BASE-T1 标准,采用小型 SOT23 表面贴装塑料封装,旨在保护两条车载网络总线线路免受 ESD 和其他瞬态事件的损坏。PESD2ETH1G 器件符合开放技术联盟 IEEE 100BASE-T1 和 1000BASE-T1 标准,采用小型 DFN1006BD-2 (SOD882BD)表面贴装塑料封装。

wKgaomWXHneAL0gFAACrOqxh4hQ126.png

表2:来自 Nexperia 的 100BASE-T1 和 1000BASE-T1 ESD 保护器件

Nexperia 还提供表3所示的符合开放技术联盟 10BASE-T1S 标准的高稳健性器件。它们的触发电压(Vt)超过 100 V,器件电容较低(< 0.5 pF),因此数据传输流畅,信号完整性出色。对于双线封装,它们的电容匹配规范为 2%(最大值)。

wKgZomWXHneAHs3iAADGCZeoi-E436.png

表3:来 自Nexperia 的 10BASE-T1S ESD 保护器件

结论

本文讨论了汽车以太网网络的保护要求,并介绍了有助于提高 ESD 和 EMI 稳定性的电路板布局选项。无论是实施 100BASE-T、1000BASE-T 还是 10BASE-T1S,汽车 OEM 都可以依靠 Nexperia 为其车载网络提供所需规格和外形尺寸的保护器件。

关于作者

wKgaomWXHneAfmKeAAAugY7Np64175.png

Andreas Hardock

Andreas Hardock 拥有汉堡技术大学的博士学位,专攻信号完整性领域。自 2015 年以来,Andreas 一直在 BHTC 和 Continental 负责汽车行业的工作,主要侧重 ESD 和 EMC 主题。2020 年,他加入 Nexperia,专注于汽车高速应用中的 ESD .

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • ESD
    ESD
    +关注

    关注

    48

    文章

    2012

    浏览量

    172734
  • 以太网
    +关注

    关注

    40

    文章

    5378

    浏览量

    171126
  • OEM
    OEM
    +关注

    关注

    4

    文章

    400

    浏览量

    50293
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    保护以太网端口免受浪涌事件的影响应用说明

    电子发烧友网站提供《保护以太网端口免受浪涌事件的影响应用说明.pdf》资料免费下载
    发表于 09-12 11:06 0次下载
    <b class='flag-5'>保护</b><b class='flag-5'>以太网</b>端口免受浪涌事件的影响应用说明

    车载以太网线束传输性能——汽车线束故障定位实际测试结果分析#车载以太网

    车载以太网
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年08月16日 18:13:19

    车载以太网的优势和应用

    车载以太网作为一种新兴的车载网络技术,正在逐渐成为汽车行业中的关键技术之一。其优势在于高带宽、低延迟、高可靠性以及良好的兼容性和拓展性,这些特点使得车载以太网在车辆通信和控制系统中具有广泛的应用前景。以下将详细阐述车载
    的头像 发表于 07-25 11:08 726次阅读

    汽车以太网应用的ESD保护

    域向区域网络架构过渡期间的车内数据通信需求。本文首先讨论各种汽车以太网标准,然后再考虑它们必须符合的严格静电保护(ESD)和电磁兼容性(EMC)标准。最后介绍 Nexperia(安世半
    的头像 发表于 07-02 12:33 384次阅读
    <b class='flag-5'>汽车</b><b class='flag-5'>以太网</b>应用的<b class='flag-5'>ESD</b><b class='flag-5'>保护</b>

    使用VN5620监控记录以太网总线数据#车载以太网 #CANape

    以太网硬件
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年06月09日 16:45:04

    车载以太网硬件接口VN5620设备展示与介绍#车载以太网

    车载以太网
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年05月31日 10:27:03

    车载以太网接口VN5650使用场景介绍#车载以太网

    以太网
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年05月11日 17:58:05

    如何保护以太网免受电涌事件的影响

    以太网成为工业通信的支柱,其基础设施对电涌事件(如雷击)的敏感性构成了严峻挑战。这种事故会引起接地回路和磁耦合电压,可能会使操作技术系统瘫痪。 为了保持以太网连接设备的系统完整性和功能性,开发人员
    的头像 发表于 04-24 17:59 1586次阅读
    如何<b class='flag-5'>保护</b><b class='flag-5'>以太网</b>免受电涌事件的影响

    安世 | 最大程度提高汽车以太网应用的ESD保护

    数十年来,以太网广泛应用于工业和计算网络,但如今,越来越多地部署到汽车应用,取代了控制器局域网络(CAN)等传统网络。汽车以太网提供拓扑灵活性、高带宽和稳定的通信,能够满足原始设备制造
    的头像 发表于 03-01 14:35 489次阅读
    安世 | <b class='flag-5'>最大</b><b class='flag-5'>程度</b><b class='flag-5'>提高</b>对<b class='flag-5'>汽车</b><b class='flag-5'>以太网</b>应用的<b class='flag-5'>ESD</b><b class='flag-5'>保护</b>

    和共享式以太网相比,交换式以太网有什么不同的特点?

    交换式以太网的特点,从数据传输效率、网络安全、网络管理和资源利用等多个方面进行分析。 首先,交换式以太网最大特点是提供了更高的数据传输效率。共享式以太网采用总线型拓扑结构,所有计算机
    的头像 发表于 02-21 11:25 3218次阅读

    汽车技术的未来:Netropy如何测试和确保汽车以太网的性能

    汽车行业持续创新的今天,汽车以太网的性能和可靠性成为了关键焦点。如何测试和确保汽车以太网的性能?我们来看看BroadR-Reach技术如何
    的头像 发表于 01-20 08:04 512次阅读
    <b class='flag-5'>汽车</b>技术的未来:Netropy如何测试和确保<b class='flag-5'>汽车</b><b class='flag-5'>以太网</b>的性能

    车载以太网静态架构介绍

    AutoSAR是一种开放的、标准化的汽车电子软件架构,旨在提高汽车电子系统的研发效率和质量。车载以太网作为一种高速、可靠的通信技术,已经成为现代汽车
    的头像 发表于 01-19 18:00 1014次阅读
    车载<b class='flag-5'>以太网</b>静态架构介绍

    如何保护以太网免受雷击损坏

    采取适当的预防措施,可以防止雷击对以太网连接设备造成损坏。使用保护元器件的传统方法可能不完全有效,我们还需要辅以另外一种方法,其灵感基于对雷击能量传递给以太网电缆和相连设备的基础机制的深入分析,本文会详细介绍这些内容。
    的头像 发表于 01-19 09:59 797次阅读

    如何保护汽车以太网网络

    域向区域网络架构过渡期间的车内数据通信需求。本文首先讨论各种汽车以太网标准,然后再考虑它们必须符合的严格静电保护(ESD)和电磁兼容性(EMC)标准。最后介绍 Nexperia(安世半
    的头像 发表于 12-28 10:36 866次阅读
    如何<b class='flag-5'>保护</b><b class='flag-5'>汽车</b><b class='flag-5'>以太网</b>网络

    can 以太网 网关能否在汽车上应用?

    以太网网关当然可以在汽车上应用。现代汽车越来越依赖电子系统和网络连接,以太网网关可以在汽车电子架构中起到关键的作用。以下是一些
    的头像 发表于 12-14 16:15 691次阅读