車載以太網——面向汽車設計的EMI挑戰

　　汽車以太網的最初應用通常包括車載診斷系統(OBD)，它大大縮短了軟件的下載時間。似乎有一種普遍的共識：OBD將轉向基于IP的接口(即以太網的物理層)，而非速度較慢的傳統CAN。展望未來，“實時”以太網AVB(音頻視頻橋接)將能夠提供高性能的資訊娛樂網絡解決方案，但是其所面臨的挑戰，不僅僅是單純的技術問題。即使當汽車停在服務站(即并未行駛)時，OBD 應用同樣可以正常運行。當汽車行駛時，汽車制造商需要更加嚴格的EMI要求。以太網從未針對此類應用進行專門設計。那么，這項技術是否能夠應對挑戰？

耐熱和 EMC 性能

　　工業控制市場已經證明，以太網網絡能夠在極端條件下實現強勁的性能。大部分此類應用通常會面對較大的溫度變化范圍、劇烈震動、高EMC輻射以及灰塵或潮濕環境。以太網設備采用低功耗和封裝設計，固此在將發動機環境溫度升高到+85°C(正常溫度)以上時，不會出現散熱問題。例如，麥瑞半導體的KSZ8041NL AM單端口快速以太網PHY解決方案(符合AECQ-100 標準)，在耐熱增強的5mm x5mm MLF? 封裝內，僅消耗175mW。KSZ8041NL 系列還提供軍用規格變體，支持高達125°C的環境溫度。

　　由于工業和汽車市場的需求，許多新一代以太網設備都具備顯著改善的ESD(靜電放電)性能。這是一個重大的觀念轉變，以前的辦公應用并不十分重視 ESD 額定值。例如，麥瑞半導體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設備。這超越了一般汽車廠商的電磁兼容性(EMC)要求，例如由寶馬集團標準GS 95002的要求。

電磁輻射

　　目前行業對電磁干擾(EMI)性能的嚴格要求，是所有汽車電氣設備都要面臨的其中一項最嚴峻挑戰。隨著數據速度的增長，信號傳輸速度也越來越快，這會導致更高的能量排放。行業面臨的第一個挑戰是要設定以太網技術的排放限值和所需帶寬。

　　就視頻和相機成像傳輸來說，有關100Mbps快速以太網是否真正夠用，或是否需要推進千兆以太網數據傳輸速度，仍然存有爭議。這種選擇很可能取決于相機應用程序是否支持視頻壓縮。

　　圖1顯示以太網電路板的典型輻射特性，使用的是麥瑞半導體的KSZ9021千兆PHY。毫不奇怪，峰輻射位于參考時鐘的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，如今在汽車運行時，以太網可以使用雙絞線、同軸電纜或塑料光纖(POF)作為屏蔽電纜。標準以太網RJ45連接器和CAT5電纜具備非常強勁的性能，廣泛應用在多個領域中(包含工業領域)。

　　但是，汽車應用中可能仍會采用(至少在最初階段)現有的供應商特定連接器和接線器。以后將逐漸傾向于采用如ISO 13400中規定的標準化IP診斷接口。以太網PHY(收發器)可靈活使用此類連接器和線纜，而不會使性能顯著降低。下表1列出了CAT5電纜的典型特性。