【導讀】對高速汽車網絡的需求不斷增加并達到更高的復雜程度，以支持駕駛員安全、減少環境負荷并提高乘客舒適度。然而，進一步提高標準的是采用高清攝像頭進行停車輔助、鳥瞰視覺系統、雷達和激光雷達來增強 ADAS 系統。隨著行業轉向全自動駕駛汽車，連接性發揮著至關重要的作用。用于車載網絡的傳統總線，例如 LIN、CAN 和 CAN-FD，在速度和帶寬方面已達到極限。
對高速汽車網絡的需求不斷增加并達到更高的復雜程度，以支持駕駛員安全、減少環境負荷并提高乘客舒適度。然而，進一步提高標準的是采用高清攝像頭進行停車輔助、鳥瞰視覺系統、雷達和激光雷達來增強 ADAS 系統。隨著行業轉向全自動駕駛汽車，連接性發揮著至關重要的作用。用于車載網絡的傳統總線，例如 LIN、CAN 和 CAN-FD，在速度和帶寬方面已達到極限。
同時，所有這些系統和子系統都需要復雜的布線網絡。隨著汽車制造商從內燃機 (ICE) 轉向全電動汽車 (EV) 以滿足環保目標，減少電纜尺寸和重量增加了挑戰。畢竟，更輕的電動汽車會增加電池的續航里程。在這種情況下，以適當的成本使用更細、更輕的電纜來滿足高帶寬、低延遲、確定性、穩健和可靠的通信需求，促使汽車制造商權衡使用以太網的利弊。
以太網已經在辦公室和家庭環境中廣泛使用，而它的近親工業以太網已經使物聯網 (IoT) 成為現實。然而，其在汽車環境中以太網的使用僅限于非關鍵系統。基于兩個差分對的傳統 100BASE-TX 以太網電纜過于昂貴。另一方面，CAT 5 電纜不符合汽車 EMI 標準，因此無法用于診斷以外的車載網絡。
為了滿足重量、EMI 和成本要求，電氣和電子工程師協會 (IEEE) 定義了 IEEE 802.3bw 標準，也稱為 100BASE-T1。基于非屏蔽雙絞線 (UTP) 電纜的汽車以太網標準正在成為車載網絡的支柱，可提供 100Mbps 的速度并取代速度明顯較慢的 CAN 和 CAN-FD 總線協議。在 1Gbps 下，速度更快的 1000BASE-T1 標準 IEEE 802.3bp 旨在解決當前和下一代架構中的帶寬瓶頸。
自 2011 年成立以來，OPEN（一對以太網）聯盟特別興趣小組(SIG) 在汽車以太網的廣泛采用中發揮了關鍵作用，建議使用 100BASE-T1 和 1000BASE-T1雙絞線。它建立了開放式汽車以太網標準 (BroadR-Reach)，現在 OEM 和供應商將其作為其指定要求的一部分進行引用。而且，通過與 IEEE 和 ISO 等其他行業標準機構保持密切聯系，汽車以太網的應用正在激增。
汽車以太網初用于診斷，可以優化和簡化應用程序和網絡，以提高數據傳輸速度。網絡速度的提高意味著信號質量至關重要。車輛內的不同系統已從商品產品轉變為安全產品。例如，在過去，倒車攝像頭并不被視為自動駕駛車輛內的關鍵組件；然而，這一切都已經改變，你不能讓這些系統出現故障。在這里，信號不會受到損害或丟失。
EMC 對策在汽車設計中發揮著不可或缺的作用。為了開發、準確和安全的解決方案，工程師必須限度地減少共模噪聲，這在差分傳輸線中會成為問題。例如，您的電路板上可能有一個靠近電源的電路。在工作期間，它可能會向地線發送浪涌，導致電壓升高，從而將共模噪聲引入信號線。這種噪聲會干擾音頻、視頻、數據和通信信號，并損壞互連設備。共模噪聲也可能來自其他地方并饋入線路。
使用共模扼流圈濾除共模頻率可產生具有所需頻率的非常干凈的信號。如果所選組件不滿足正確的過濾要求，則可能會導致系統出現問題，例如，備用攝像頭的視頻流無法通過。獲取數據至關重要，并且需要滿足某些參數。因此，電路設計人員在選擇共模扼流圈時需要小心；選擇符合 OPEN Alliance 散射參數或 S 參數標準嚴格要求的參數至關重要。
S 參數測試將 xBASE-T1 UTP 視為平衡傳輸線，并檢查反射是否會導致過多的功率損耗或模式轉換，從而破壞信號。測試包括：
Sdd21——輸入差分插入損耗，表示差模傳輸的信號質量損失
Scc21 – 共模衰減，表示噪聲抑制性能
Sdd11 – 輸入差分回波損耗測量反射的幅度（以 dB 為單位），表示功率損失
Ssd21 – 差分共模抑制測量收發器側的幅度（以 dB 為單位）
由于 S 參數隨測量頻率而變化，因此除了特性阻抗或系統阻抗之外，還必須指定頻率。
為了展示選擇符合 OPEN 聯盟標準的共模扼流圈的重要性，我們比較了 TDK ACT1210 系列的兩個元件。ACT1210L-201 符合 OPEN Alliance 100BASE-T1 標準，而用于 CAN-BUS 的 ACT1210-110 則不符合這些標準。
ACT1210-110 和 ACT1210L-201
圖 1：用于 CAN-BUS 的 ACT1210-110 與用于汽車以太網的 ACT1210L-201 的比較
從S參數比較（圖1）可以看出，不合格的ACT1210-110組件無法滿足OPEN聯盟標準。不是為汽車以太網設計的組件的 EMI 噪聲抑制和 BCI 抗擾度較差。因此，可能會輻射噪聲并干擾信號，從而影響其他通信。S參數的Sdd21特性具有波形質量，Scc21特性具有EMC抑制效果，Ssd21（DCMR）特性是影響BCI電阻的參數。因此，需要選擇與模式轉換特性DCMR（Ssd21）兼容的共模扼流圈，同時確保符合OPEN聯盟S參數標準的高電感值。
因此，TDK 提供了廣泛的先進產品組合來解決這一問題，包括符合 OPEN 聯盟標準的共模扼流圈。ACT1210L (100BASE-T1) 和 ACT1210G (1000BASE-T1) 系列在行業中的獨特之處在于磁芯鐵氧體材料的選擇和所使用的繞線技術的結合。TDK 擁有豐富的經驗，并鑒于其傳統的鐵氧體材料定義了適合信號濾波的磁芯材料。自動繞線系統采用了一種消除電容的技術，電容通常是在繞線過程中引入的。它還抵消了材料本身的損失。與手動上弦相比，使用自動上弦的另一個好處是設計可重復且一致，確保不同批次之間的電氣性能沒有偏差。該組件的整體結構也非常堅固。我們使用激光焊接來確保元件的良好端接，在回流焊接過程中不會受到損害。
ACT1210L和ACT1210G系列實現了業界的性能特征，特別是在滿足Ssd21要求的模式轉換能力方面。這些符合 AEC-Q200 標準的無源元件采用緊湊型 3225 尺寸，支持 -40°C 至 +125°C 的工作溫度范圍。ACT1210L 可以實現高水平的 Scd21 模式轉換特性，同時在 100kHz 下保持高達 200μH 的高電感值。ACT1210G 面向更快的 1000BASE-T 應用，具有相同的 3225 占位面積，還實現了高 S 參數，在 100kHz 時的電感值為 80μH。
ACT1210G 共模扼流圈的 S 參數
圖 2：ACT1210G 共模扼流圈的 S 參數以及它們與 OPEN Alliance 限制的比較
結論
目前，汽車以太網剛剛興起，幾乎所有車輛都使用它進行診斷。隨著越來越多的攝像頭、雷達、激光雷達和其他傳感器設備用于關鍵車載系統，將需要更快的速度和更高的處理能力，這將進一步推動汽車以太網的使用。隨著行業轉向更多 L3 和 L4 自主系統，這一點是一致的。
TDK在信號濾波領域擁有多年的經驗。在開發汽車級 ACT1210 共模扼流圈時，我們的工程師在將其推向市場之前與半導體制造商密切合作。這使我們能夠了解供應商和其他 OEM 所要求的過濾要求和可用 PCB 占用空間 - 一種三角關系。
對于共模扼流圈，TDK 超越了汽車行業的要求。我們的汽車級以太網組件在日本的內部設施中經過了嚴格的測試，達到了標準中規定的更嚴格的限制線。此外，該組件的整體結構非常堅固。
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