如今，以太網(wǎng)已能夠正式進入諸如CAN,、LIN,、FlexRay和MOST這樣的汽車網(wǎng)絡行列,。但是，既然已經(jīng)有如此多的網(wǎng)絡存在,，我們?yōu)槭裁催€需要以太網(wǎng),？以太網(wǎng)具體可用于哪些汽車應用？ 事實上答案很簡單,，并且可一語道出以太網(wǎng)如今在辦公網(wǎng)絡領域一統(tǒng)天下的原因,。簡易性和經(jīng)過現(xiàn)場驗證的開放標準，大大降低了以太網(wǎng)在每一種應用情況下的擁有成本,，這也是以太網(wǎng)最近深受工廠和家庭技術用戶青睞的部分原因,。在眾多以太網(wǎng)供應商的支持下，龐大的辦公市場和急劇膨脹的消費市場使以太網(wǎng)的定價水平能夠遠低于任何“定制”協(xié)議的定價,。
汽車以太網(wǎng)的最初應用通常包括車載診斷系統(tǒng)(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(wǎng)的物理層),，而非速度較慢的傳統(tǒng)CAN,。展望未來，“實時”以太網(wǎng)AVB(音頻視頻橋接)將能夠提供高性能的資訊娛樂網(wǎng)絡解決方案,，但是其所面臨的挑戰(zhàn),，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(wǎng)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(zhàn),？
耐熱和 EMC 性能
工業(yè)控制市場已經(jīng)證明,，以太網(wǎng)網(wǎng)絡能夠在極端條件下實現(xiàn)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(huán)境。以太網(wǎng)設備采用低功耗和封裝設計,，固此在將發(fā)動機環(huán)境溫度升高到+85°C(正常溫度)以上時,，不會出現(xiàn)散熱問題。例如,，麥瑞半導體的 KSZ8041NL AM單端口快速以太網(wǎng)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(guī)格變體,，支持高達125°C的環(huán)境溫度,。
由于工業(yè)和汽車市場的需求，許多新一代以太網(wǎng)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(yè)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(zhàn),。隨著數(shù)據(jù)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(yè)面臨的第一個挑戰(zhàn)是要設定以太網(wǎng)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(wǎng)是否真正夠用,，或是否需要推進千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(yè)領域),。
但是，汽車應用中可能仍會采用(至少在最初階段)現(xiàn)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(guī)定的標準化IP診斷接口,。以太網(wǎng)PHY(收發(fā)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,。
標準CAN電纜具有與非屏蔽雙絞線CAT5電纜相似的特性,。測試已證明了通過100m以上CAN電纜實現(xiàn)以太網(wǎng)長期無差錯傳輸?shù)目尚行浴＿@兩種電纜之間的主要區(qū)別是,，CAN電纜僅部分指定,，并且不提供受控的阻抗或絞紐率。這樣就無法保證EMC性能和信號完整性,，所以CAN電纜一般不適用于高速數(shù)據(jù)傳輸,。CAN電纜目前用于以太網(wǎng)車載診斷系統(tǒng)(OBD)和閃存更新。這些線纜在正常行駛中可能會被禁用,，只有在維修店或生產(chǎn)工廠中才能被激活,。
用于高速數(shù)據(jù)傳輸(例如汽車應用中的LVDS、USB和以太網(wǎng))的電纜示例包括“Leoni 電纜”,。“Leoni 電纜”使用受控的100ohm阻抗進行屏蔽,，可勝任高達1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸，性能指標類似于CAT6,，而非 CAT5,。它實際并非雙絞線，而是一種名為Stern-Vierer(譯作星絞四線)的四絞線,。
第一款具有受控阻抗的汽車非屏蔽電纜是Kroschu 的FlexRay電纜,，它能夠實現(xiàn)優(yōu)于CAN的EMC性能和信號完整性。雖然存在雙絞線對和Stern-Vierer等電纜類型,，標準的FlexRay電纜是指單獨一個雙絞線,。CAT5提供四線雙絞線，其中的所有雙絞線都將用于千兆網(wǎng)絡,，而100Mbps快速以太網(wǎng)則只需使用其中兩對,。
為了提高可靠性，麥瑞半導體LinkMD等電纜診斷技術,，提供了超越以太網(wǎng)定義標準的解決方案,，以解決此類問題。LinkMD電纜診斷技術利用時域反射計(TDR)分析雙絞線電纜的常見問題,，例如開路,、短路和阻抗不匹配。
塑料光纖(POF)是傳統(tǒng)CAT5銅線電纜的一種替代選擇,。這種物理介質部署在MOST網(wǎng)絡中,，早已為汽車制造商所熟知。來自MOST(包括新的MOST- 150)的相同1mm LED POF技術也可用于100米范圍的 100Mbps快速以太網(wǎng)傳輸,。POF性能強大,、質量輕巧，并且像其他光纖一樣，完全不會產(chǎn)生電磁噪音(因沒有散發(fā)輻射),。
然而,，使用屏蔽電纜或POF的缺點在于成本高昂。目前,，研究工作仍在繼續(xù)開展,；我們期待著開發(fā)出使用非屏蔽電纜實現(xiàn)輻射水平要求(至少滿足快速以太網(wǎng))的方法。有些提議的方法需要使用其他調制技術,，這樣會產(chǎn)生專有的不一致“以太網(wǎng)”,。這并不符合以太網(wǎng)的獨特魅力和成功精髓：通過現(xiàn)場驗證、可互操作的開放標準,，以及低廉的成本,。此類方法不僅要實現(xiàn)開放性和自由訪問的要求，還涉及數(shù)量眾多的芯片供應商,。這些方法能否順利成功,，還有待觀察。
理想的解決方案需要能夠增強標準以太網(wǎng)PHY設備的性能以減少EMI輻射,。這些改進結合其他電路板和設備技術,，為成功提供了現(xiàn)實機會，特別是快速以太網(wǎng)的成功,。