透過汽車乙太網路打造前所未有的移動性

2023/6/23

透過汽車乙太網路打造前所未有的移動性
汽車乙太網路相符性測試解決方案
您可使用是德科技Keysight 汽車乙太網路解決方案,對汽車乙太網路晶片與裝置執行端對端的功能以及標準相符性/符合性測試。

自動駕駛汽車承諾改變道路駕駛的商業和運輸性質。 隨著現代汽車不斷推陳出新,業界對資料速率和頻寬的要求也節節攀升, 汽車乙太網路的持續發展,大幅加快了資料傳輸速度,以滿足當今汽車和未來車聯網與日俱增的需求。 不同於速度較慢的 CAN 和 LIN 背板,汽車乙太網路需要通過嚴格的相符性測試。 是德科技提供完整的汽車乙太網路解決方案,可自動對 10 Mb/s 到 10 Gb/s 汽車乙太網路,執行發射、接收和通道測試,以提高測試準確度,進而節省測試時間。

實現可靠、高效能的汽車乙太網路
是德科技汽車乙太網路解決方案,讓您能快速對汽車乙太網路設計進行自動化測試。

這些汽車乙太網路測試軟體套件可自動執行測試,然後以靈活的報告格式顯示結果。 除了量測資料以外,這份報告還提供了邊際分析,詳細說明您的裝置通過或未通過每項測試的方法。
我們提供下列汽車乙太網路相符性解決方案:
   •   根據 Open Alliance TC1、TC8、TC12、TC15 和 IEEE 802.3cg、802.3bw、802.3bp 和 802.3ch 標準進行收發器測試
   •   根據 OPEN Alliance TC1、TC12、IEEE 802.3bw 和 802.3bp 標準進行接收器測試
   •   IEEE 802.3bw 和 802.3bp 協定觸發與解碼
   •   根據 Open Alliance TC1、TC9、TC15、IEEE 802.3bw、802.3bp 和 802.3ch 標準進行通道測試

從標準乙太網路向汽車乙太網路演進


兩者到底有什麼差別?

標準乙太網路
經證明,標準乙太網路 (BASE-TX) 是一種安全的傳輸媒介,可在 Internet 基礎設施、企業和高速資料中心,以及辦公室和家庭之間,傳送大量的資料。乙太網路具有多點連接、高頻寬和低延遲等優點,因此吸引了汽車製造商的目光。然而,傳統的乙太網路不符合 OEM 廠商的 EMI/RFI 要求,很容易受到干擾,並不適合用於汽車內的嚴苛環境。

汽車乙太網路
近來,汽車內部的感測器、控制元件及介面數量越來越多,因而需要透過穩定可靠的網路,來支援更高的頻寬與更快的資料傳輸速率。汽車乙太網路是專為汽車連接應用而制定的實體層標準。IEEE 在 802.3bw(100BASE-T1) 中制定了這項技術的相關標準,包括 802.3bp (1000BASE-T1)、802.3.cg (10BASE-T1S) 和 802.3ch (2.5/5/10 GBASE-T1)。新的 802.3cy (25 Gbps)、802.3cz (光學 2.5/5/10/25/50 Gbps) 和 802.3dh汽車乙太網路標準,致力於提供 10 Gbit/s 以上的連接速率。汽車製造商很在意車內纜線和線束的重量。汽車乙太網路採用單條雙絞線,將纜線和線束的整體重量減輕了 30%。

纜線

適用於最高 1000base-T1 的汽車乙太網路纜線是單條非屏蔽雙絞線 (UTP),重量輕、製造成本低。但如果是高於1000base-T1 的連接,則需使用單條屏蔽雙絞線 (STP),以提供更好的射頻/電磁干擾 (EMI) 保護,和更高的資料傳輸速率。標準乙太網路具有專用的傳輸和接收路徑,而汽車乙太網路則不一樣,它使用單根雙絞線來同時進行傳輸和接收,又稱為全雙工通訊。如此一來,鏈路兩端都需部署一個混合式收發器,以分辨傳輸與接收信號。

長度

汽車乙太網路的纜線長度被限制在 15 公尺之內,因為汽車應用不需要長距離連接車內裝置,而且較短的長度可減輕纜線重量。光學汽車乙太網路 (802.3cz) 標準讓汽車長距連接問題迎刃而解,它使用梯度折射係數玻璃光纖,將最大纜線長度延長至 40 公尺。

信號編碼

汽車乙太網路的 100base-T1 和 1000base-T1 標準均採用 PAM-3 技術。MultigigBase-T1 標準則使用 PAM4調變。信號編碼是指不同的資料編碼或資料調變機制,意即原始資料位元在鏈路上傳輸時,會以不同方式映射到符碼。信號編碼和調變類型的組合,是達成目標頻譜效率的關鍵,這正是汽車乙太網路的一大優點。特別是汽車乙太網路需盡可能用最少的頻寬,來傳輸最多的符碼。

連接器

RJ45 是家庭與辦公室乙太網路使用的典型標準介面。適用於汽車乙太網路的連接器類型尚未定義。但是進行形式符合 (form fitting) 標準測試時,這可能是個問題,而且需要客製的纜線和測試夾具。

標準乙太網路與汽車乙太網路的比較
  標準乙太網路 汽車乙太網路
資料速率 100 Mbps 至 400 Gbps 10 Mbps 至 10 Gbps
長度 視資料速率而定
有時可達 100 公尺到 2 公里
15 公尺
連接器 RJ45 未定義
纜線 同軸轉光纖,取決於速度 銅纜,單條雙絞線,支援雙向資料

汽車產業正以驚人的速度邁開創新步伐。車載資訊 娛 樂系統 對於高速無線 網路連接有空前的需求。此外,形形色色的先 進電子安 全 及便 利系統,包括攝影機、雷達和光達,使得傳輸資料量呈現爆炸性成長。而下一代汽車則需透過有線網路在車內傳輸資料。

位於德國漢諾威的大陸集團(Continental AG)近來便面臨了整合所有這些技術的重大挑戰。在此情況下,發展汽車資訊管理系統成為他們的當務之急。大陸集團生產的產品包括:汽車儀錶板、多功能抬頭顯示器、控制單元、存取控制和輪胎資訊系統、射頻單元、資訊娛樂系統、輸入裝置、控制面板、恆溫控制單元、軟體、駕駛艙,以及用於車載資通訊(Telematics)系統和智慧運輸系統的服務和解決方案。

挑戰:處理高速資料匯流排


隨著自動駕駛汽車產業開始廣泛部署先進駕駛輔助系統,大陸集團汽車內飾事業群致力於實現趨近於零的產品故障率。 大陸集團面臨的第一 個重大挑戰是,逐一對所有設計進行徹底的測試,以便發現潛在風險與問題。為此,該集團必須在合理時間內進行既深且廣的測試,包括研發階段的測試,以及後期的量產測試。

如果汽車使用的是 CAN、LIN 和 MOST等低速匯流排,對系統進行壓力測試相對容易。然而,這類舊型匯流排無法提供處理下一代汽車資料負載所需的速度或頻寬。新興的汽車乙太網路解決方案則可提供 100 Mbps 或 1,000 Mbps 的頻寬。

從工程的角度來看,下一代汽車最棘手的挑戰是,必須對比 CAN 或 LIN 信號更敏感、更複雜的高速數位信號進行除錯。不同於那些匯流排,汽車乙太網路需要對包含發射器、接收器和線束/連接器組件的測試案例,進行嚴格的相符性驗證。其中許多測試過於困難且耗時,無法以手動方式執行。

當大陸集團著手將 1000BASE-T1 晶片整合到以 n 埠乙太 網路閘道器建構之汽車系統時,各種挑戰接踵而來。此閘道器必須能夠支援 100BASE-T1、1000BASE-T1、DDR 記憶體和USB 連接。該公司設計團隊一直在尋找能夠滿足外部和內部期望的測試解決方案:確保發射器的標準相符性;滿足 OEM 廠商對效能的要求;並實現大陸集團制定的效率、效益和創新目標。

解決方案:使用出色應用工具,節省測試開發時間


由於認可是德科技的汽車乙太網路領導地位,大陸集團最後選擇使用是德科技解決方案。大陸集團了解是德科技是業界第一家提供 100BASE-T1 協定解碼應用軟體的示波器廠商。此外,是德科技率先展示了1000BASE-T1 量測技術。

是德科技解決方案的一大優點是具有相符性測試套件,可自動執行 100 和 1000BASE-T1複雜測試和程序。為因應大陸集團的特殊需求,是德科技 應用工程部門打造了一套客製化解決方案,其中整合一個切換矩陣,以便結合其他測試設定,並依序驅動多個裝置連接。如此一來,工程師可在環境測試室中啟用外部測試儀器。此自動化相符性測試解決方案將大陸集團的整體測試開發時間縮短了 30% 以上。

該解決方案包含以下的關鍵要素:
Keysight MSOS104A Infiniium S 系列混合信號示波器(1 GHz,4 通道)
• Keysight N6467B 汽車乙太網路 100BASE-T1 相符性測試應用軟體 <已改為AE6910T 替代>
• Keysight N8847A 汽車乙太網路 100BASE-T1 協定觸發與解碼軟體 <已改為D9020AUTP 替代>
這些特定應用元件充分展現了是德科技因應最新標準規範的決心。此解決方案提供自動化、 可重複的相符性測試結果,讓大陸集團工程師能成功了解、整合並部署各項新技術(參見圖 1)。


結果:確保效能與標準相符性


利用是德科技解決方案,大陸集團可自動執行測試,並以靈活的報告格式顯示結果(參見圖 2)。除了量測資料外,這些報告還提供邊限分析,以顯示裝置通過或不通過每項測試的接近程度。


如果未通過測試,工程師可使用協定除錯功能,將實際訊框和封包的資料,與實體層中的位元進行關聯性比對(參見圖 3)。最後,該公司團隊可利用這套解決方案執行一系列壓力測試,確保新模組可實現 100% 的設計效能目標。


展望未來
速度更快的有線和無線網路,是帶動連網汽車和自動駕駛汽車邁向未來並獲致成功的關鍵。然而,不論汽車環境有多惡劣,它們都必須達到汽車業者設定的效能和可靠性目標。大陸集團努力不懈地推動其未來發展,而是德科技解決方案可協助其履行使命,以實現安全可靠、資訊豐富、環保且經濟的移動性。



【重點相關活動資訊】
※  2023/7/11~13 [台北/台中/新竹] 汽車車載網絡的量測趨勢 研討會

【延伸閱讀】
   # Infiniium S 系列示波器 - 500MHz / 1 / 2 / 2.5 / 4/ 6/ 8GHz 頻寬選擇(可升級)

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