车载以太网物理层线缆选择与应用指南

智能汽车电子与软件 2024-05-20 16:00

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随着车辆的智能化和互联化程度不断提升，车载以太网作为一种高速、可靠的通信技术，正在被广泛应用于汽车行业。而作为车载以太网的物理层核心组成部分，线缆的选择对于系统性能和稳定性至关重要。本文将为您介绍车载以太网物理层线缆的种类及其选择与应用指南。

1. 双绞线（Twisted Pair）：双绞线是当前最常见的车载以太网物理层线缆，它具有良好的抗干扰性能和成本效益。

双绞线是一对（两根）相互绝缘的导线，按照一定的规律（一般顺时针方向）互相缠绕绞合在一起的一种布线形式。它由出生于 1847 年的科学家Alexander Graham Bell发明。没错，就是大家熟悉的那位发明电话的伟大科学家。

在一对双绞线中，两芯导线分别传输幅值相等、但相位（极性）相反的信号，并且在接收端通过差分放大器检测两者之间的差异，这也就是我们常说的差分信号传输。

噪声源通过电场或磁场的耦合将噪声引入到导线中，并倾向于均等地同时耦合到两条彼此扭曲的导线上。这样一来，噪声就会在双绞线上产生一组共模的信号。由一条导线产生的干扰/噪声将会与另一根导线产生的干扰/噪声相互抵消，因为它们本质上是大小相等且方向相反的，当差分信号被接收时，在接收器处就会被消除掉，最终得到纯净的没有干扰的信号。

此外，通过扭绞导线，一部分噪声信号沿一个方向传输（发送），而另一部分则沿反方向传输（接收），这种导线相互缠绕的形式可有效减少导线上的磁效应。

简单来说，与单根导线或非双绞水平排列的线对相比，双绞线减少了线对间的电磁辐射和相邻线对间的串扰，并有效抑制了来自外部的电磁干扰。

根据 EIA/TIA-568 标准，双绞线电缆分为不同的类别，例如Cat5e，Cat6，Cat7都是属于双绞线电缆。

Cat5e是最常见的规格之一，它提供1000Mbps的传输速度，并且相对较便宜。它适用于大多数车辆内部的网络连接需求，例如音频系统、导航系统和娱乐设备等。

Cat6是Cat5e的升级版，它在传输速度和性能方面更为优越。与Cat5e相比，Cat6可以提供更高的带宽和更低的信号干扰，这意味着更快的下载速度和更可靠的连接。在车辆中需要处理大量数据的场景中，如高清视频传输或车载设备之间的实时通信，Cat6是一个理想的选择。

Cat7，它是这三个规格中最高级别的产品。Cat7在传输速度、带宽和抗干扰能力上都超过了Cat6，使其成为车辆内部复杂网络系统的理想选择。如果您的车辆配备了高级驾驶辅助系统、安全监测设备或远程诊断工具等高端功能，那么选择Cat7可以确保数据的高速传输和稳定性。

2. 光纤（Fiber Optics）：光纤作为一种高速传输媒介，具有更高的带宽和抗干扰能力。在一些需要长距离传输或对信号稳定性有极高要求的车载以太网应用中，光纤线缆逐渐得到应用。

1997年，光纤通信系统以数字数据总线(D2B)标准的形式首次应用于车载，D2B由流量损耗阶跃折射率塑料光纤(SI-POF)和LED光源组成。

MOST(面向媒体的系统传输)标准成立于1998年，通过阶跃折射率塑料光纤（SI-POF）作为物理介质，并采用环形拓扑结构。经过多年发展衍生出了MOST25、MOSTI50等多种不同种类的物理层传输音频、视频、语音和数据信号。

随着通信带宽的不断增长，光纤通信技术的标准也在不断更新。IEEE1394的标准(IDB)-1394采用了VCESL激光器和硬聚合物包层二氧化硅光纤(HPCF)来匹配500Mbps左右带宽的通信系统。以太网通信标准则采用16脉冲调幅(PAM)和转发纠错(FEC)来增加SI-POF的带宽用于Gbps级车载光纤通信。下表介绍了车载光纤通信技术的发展历史和应用场景。