车载以太网线缆规格设计标准 车载以太网线缆常见的三种结构类型

2011年11月9日，Broadcom、BMW、Freescale Semiconductor、Harman、Hyundai、NXP等科技及汽车产业的企业组织代表宣布成立开放技术联盟(SIG),以推动以太网汽车互连技术的广泛普及。致力于满足业界强化车辆安全、舒适及资讯娱乐方面的需求，同时大幅降低网络复杂度及线缆成本。博通（Broadcom）的BroadR-Reach技术是专门为满足汽车厂商严格要求所研发，通过单对非屏蔽双绞线上实现100Mbps的传输速率。此外，相对传统用于信息娱乐系统的LVDS（低压差分信号传输），BroadR-Reach系列产品不仅可以使系统成本降低多达 80%，还可以使电缆重量减轻多达30%。由于不需要昂贵且笨重的遮蔽缆线，汽车制造商可以大幅降低连结成本与缆线重量。所有OPEN联盟成员都可以在合理，而且没有差别待遇的条件(RAND Terms)下，通过博通的授权使用BroadR-Reach技术。在车载以太网的标准化方面，如下4个标准化组织或联盟起到了主要的推动作用，它们是IEEE 802.3和IEEE802.1工作组、汽车开放系统架构联盟除了我们所说的OPEN联盟,还有AUTOSAR、以及AVnu联盟。

车载以太网线缆规格设计

对于初期的以太网设计的传输介质是同轴电缆，同轴电缆是一种由两个导体组成的合成物，同轴电缆使用了电磁屏蔽原理，即在线缆的内外两芯之间以及外芯和线皮分别有一层铜导体的屏蔽网。同轴电缆的中心导线用于传输信号，金属屏蔽网起了两个作用：一是作为信号的公共地线为信号提供电流回路，二是作为信号的屏蔽网，抑制电磁噪音对信号的干扰。中心导线与屏蔽网介于半发泡的聚丙烯绝缘层之间，绝缘层决定了电缆的传输特性，而且有效保护了中间的导线。从而屏蔽干扰信号（这实际上是最直接的方式，这是CSMA/CD这种分布式仲裁机制使然，车载通讯中Ethernet也选择了新的协议类型规避了CSMA/CD，同轴电缆就是为总线型拓扑量身定做的线缆)，事实证明这种屏蔽效果更好，然而也更昂贵，对于以太网的五类线、六类线甚至超六类线的不断推出，导线的信号屏蔽效果在不断的提升但是车载系统与工业系统的不同以及空间、成本的限制，车载系统的通讯线最终还是选择了双绞线，双绞线工艺简单而且价格相比同轴非常便宜，不添加任何资源，不主动屏蔽任何千扰，而是靠让不同的干扰互相抵消的方式巧妙解决问题。双绞线的传输方式注定了更低廉的造价以及更简单的物理结构，利用差分电压产生的电压信号编码即可完成，车载以太网的传输就是完全依靠的双绞线来完成的。100M使用非屏蔽单绞线，(本文的主要内容是按照100M的系统来介绍)。那我们开始详细的讲解一下屏蔽的双绞线的具体内容。对于常规的以太网导线的阻抗的要求是在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.

百兆车载以太网的线径尺寸（Wire size）是0.35mm2,常规理论上传输的信号频率越高那么导线之间的容抗性就会越来越明显，这个时候就需要我们降低线径来降低整个导线传输过程中的阻抗总量，但是降低线径后对端子的压接则提出了更高的要求，因此在千兆以太网的系统中导线的成本变化会成为成本上升的一个重要的方面。导线的绝缘层的选择和厚度，这部分我们称之为Cable，Cable内部的金属导体外加绝缘体，一般情况下我们是根据以太网线的特性阻抗来完成的选择的，以太网cable的绝缘皮通常情况下聚丙烯和聚乙烯都是可以达标的，但是聚氯乙烯是不建议使用的。

对于双绞线外部的屏蔽层Shield、护套Sheath(Jacket)以太网系统中是不需要的，主要是基于成本上的考量。对于双绞线而言铰股线的绞距则决定导线整体传播过程中的信号稳定性，越密集的铰股会产生更稳定的传输信号，同时成本也会提升，常规的铰股线的绞距的设定如下所示：

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

高频参数要求：

OPEN联盟规范(TC2 100Mbps, TC9 1000Mbps)非常清楚地描述了汽车以太网电缆（不含连接器）的要求。OPEN联盟已经定义了所需电缆的基本要求- 相关性能参数（具体值基于不同的目标速率）：

阻抗 Z —> 不同公差范围的标称100Ohm

插入损耗 IL —>不同速率水平的平滑的曲线- 取决于频率

回波损耗RL —> 根据不同频率的速率要求

平衡性能 LCL1和LCTL2 —> 速率和电缆设计取决于不同频率的要求

耦合衰减 —> 仅适用于屏蔽电缆

屏蔽效能 —> 仅适用于屏蔽电缆

车载以太网线缆常见的三种结构

单对以太网 (SPE) 是一种通过一对铜线提供以太网传输的技术，同时还通过数据线供电 (PoDL) 向连接的设备传输电力。两对双绞线 OBD对外通信通常使用的是3、11、12、13 这四个引脚，外加一个引脚8做DOIP激活，在这里面，用于数据传输的是3、11、12、13，这四个引脚用了两对双绞线，这四根线跟外部网线中四根进行连接，从而实现跟诊断仪或PCG进行数据传输。四对双绞线（线序分T568A和T568B） 上图是常见的网线，网线的采用四对双绞线，一般一百兆网络的话会用到里面1，2, 3,6四根。OBD口的四个引脚要跟网线里某四根线进行一一匹配才能进行车外通信.传统以太网需要两对电线才能实现100Mbps的数据传输速率，或者需要四对电线才能实现1Gbps的传输速率。单对以太网仅使用一对电线以1Gbps的速率传输数据，传输距离可达40m，或以10Mbps传输速率可达1000m—显着减少了电缆尺寸、成本和复杂性。尽管传统以太网已经在整个自动化金字塔中实施，但最低级别(现场级别)的设备仍然经常由现场总线协议控制。SPE提供了一种以太网解决方案，可以在从云到现场的所有级别实施，消除了各种网络相互“对话”所需的网关和其他硬件的需要。经典1Gbps以太网使用带有四对电线的Cat5电缆，并以高达100MHz的频率运行。每对都可以发送和接收数据，允许传输速率高达1Gbps。单对以太网仅使用一对电线，但工作频率高达600MHz。在这个宽频带中，一些频率发送数据，其他频率接收数据，只需一对电线即可实现1Gbps的传输速度，随着新能源汽车的实用性功能性要求增加，车载以太网需求将增多.

编辑：黄飞