Elaborazione di cavi Ethernet automobilistici

Jul 22, 2023

L'elettronica nei veicoli di oggi è sempre più complessa. Con un numero maggiore di sensori, controlli e interfacce che utilizzano una larghezza di banda maggiore, sono necessari un throughput dei dati più rapido e reti più affidabili. Anche il peso dei cavi e dei cablaggi nel veicolo è preoccupante.

I cavi Ethernet risolvono questo problema. Sono un mezzo di trasferimento sicuro in grado di gestire grandi quantità di dati. Inoltre, sono più leggeri del 30% rispetto ai cavi Controller Area Network o alla rete di interconnessione locale.

Nel 2016, l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha pubblicato il primo standard Ethernet automobilistico, IEEE 802.3bw o 100Base-T1. Mentre la larghezza di banda di 100 megabit al secondo è paragonabile allo standard Fast Ethernet 100Base-TX per le reti di computer, ci sono differenze fondamentali nella versione automobilistica, secondo Mika Arpe, direttore globale per i prodotti speciali presso Aptiv, un fornitore automobilistico specializzato in sicurezza. e tecnologia di connettività.

Entrambi gli standard funzionano su cablaggio a doppino intrecciato non schermato, in cui due fili di rame sono intrecciati insieme lungo la lunghezza del cavo. Ciò ha l'effetto di produrre meno radiazioni elettromagnetiche e diafonia che potrebbero interferire con altri cavi o componenti, resistendo allo stesso tempo alle interferenze provenienti da altre fonti.

Tuttavia, 100Base-TX utilizza due coppie di cavi, mentre Automotive Ethernet utilizza una singola coppia, il che consente di risparmiare peso e costi, spiega Arpe. La coppia è "bilanciata", il che significa che i segnali hanno tensioni uguali ma opposte. I segnali di trasmissione e ricezione vengono entrambi condotti sulla singola coppia, anziché su coppie separate di 100Base-TX.

Lo standard 100Base-TX è stato inoltre specificato per una lunghezza massima di 100 metri, lunghezza alla quale hanno aderito i successivi standard Ethernet. Automotive Ethernet è stata specificata per un massimo di soli 15 metri, poiché le applicazioni automobilistiche non necessitano di una distanza maggiore dai componenti di rete all'interno di un veicolo e la lunghezza inferiore consente un cablaggio più leggero.

La velocità di trasmissione dei dati dello standard IEEE 802.3bw può coprire molte applicazioni automobilistiche iniziali, quindi è ampiamente utilizzata oggi. Ma, poiché i computer automobilistici incorporano flussi video ad alta definizione e dati provenienti da più sensori, sarebbero necessarie velocità più elevate, afferma Arpe.

Pertanto, subito dopo la finalizzazione dell'IEEE 802.3bw, l'IEEE ha ratificato 802.3bp, o 1000Base-T1, fornendo velocità gigabit su cavi a doppino intrecciato schermati o non schermati, afferma Arpe. Questo standard condivide molte caratteristiche con il suo predecessore, ma la frequenza è quasi 10 volte più alta, pari a 600 megahertz. Ciò significa che i cavi sono più vulnerabili alla diafonia e gli ingegneri devono tenerlo presente mentre gestiscono il rumore elettromagnetico in tutto il veicolo, testando rigorosamente e schermando dove necessario. Questo standard fornirà una larghezza di banda sufficiente per le prossime due o tre generazioni di piattaforme per veicoli.

Nel 2020, l'IEEE ha introdotto 802.3ch, che fornisce Ethernet multigigabit a velocità standard di 2,5, 5 e persino 10 gigabit al secondo sugli stessi 15 metri. A queste velocità sono necessari doppini intrecciati schermati, ma le frequenze elettriche superiori a 7 gigahertz possono richiedere l'uso di doppini paralleli schermati per ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche.

Un vantaggio chiave di Ethernet è che si tratta di una rete flessibile, che consente facili riconfigurazioni, afferma Arpe. In caso di guasto, un router Ethernet può instradare il traffico dati in un modo diverso. Questo è importante per garantire una connettività ininterrotta per i principali componenti informatici di un veicolo.

Fondamentale nelle reti dei veicoli è anche la capacità di Ethernet di trasportare energia elettrica insieme al segnale dati, una funzionalità chiamata Power over Data Lines (PoDL), spiega Arpe. PoDL può supportare fino a 500 milliampere di potenza, sufficienti per alcuni sensori, come una telecamera satellitare ottimizzata. Ciò consente ai produttori di veicoli di collegare una singola coppia di cavi ad alcuni sensori per tutte le loro esigenze, riducendo il peso e semplificando la progettazione del cablaggio.