用以太网提供车载连接，BroadR-Reach以太网势不可挡

　　随着技术的进步，消费者日益注重驾驶的连接性体验，结果就是，车载电子产品的数量和复杂性日益增长。如今，车载应用日益复杂和多样化，比如碰撞警告、舒适度控制、信息娱乐系统以及高级驾驶辅助功能等等，而车载网络内部以及车载网络之间保持连接所需要的带宽也日益增长。

　　由于车载电子设备的数量和复杂性显著增加，对低成本、高传输速率和高带宽网络解决方案的需求呈上升趋势。现有的汽车通讯技术，如面向媒体的系统传输（MOST）和低电压差分信号（LVDS）技术已不能满足这些需求，因为这些技术没有可扩展性，不能为新增加的服务和应用提供支持。而另一方面，基于以太网的通信技术则是一个符合成本效益和可扩展的解决方案，能够支持多个系统和设备，提供高数据传输速率，并且每个端口都拥有自己专属的带宽。

　　单对绞线车载以太网使用非屏蔽双绞线（UTP）电缆，数据传输速率可以达到100Mbps。这是一种相对较新的以太网技术，可以满足车载网络在高可靠性、低电磁辐射和低功耗方面的需求。使用单对非屏蔽电缆以及更小和更紧凑的连接器，可以减少高达80％的连接成本和高达30％的布线重量。

　　与100BASE-TX半双工技术不同，单对绞线车载以太网可以在单对绞线上实现同时发送和接收（即全双工）操作。为简单起见，单对绞线车载以太网以下称为车载以太网。与100BASE-TX所使用的扰频器相比，车载以太网数字信号处理器（DSP）采用了高度优化的扰频器，可以更好地分离信号，为汽车应用提供了强大和高效率的信令方案，比100BASE-TX系统的频谱效率更高。这使得车载以太网的信号带宽被限制在33.3MHz，只有100BASE-TX系统的一半。较低的信号带宽可以改善回波损耗，减少串扰，并确保车载以太网符合汽车电磁辐射标准。

　　

　　图1 什么是BroadR-Reach®以太网？

　　图1告诉我们什么是BroadR-Reach®以太网，关于BroadR-Reach®以太网，需要注意以下几点：

　　（1）BroadR-Reach的物理层（ PHY）已经被单对绞线以太网开放联盟（One-Pair Ethernet Alliance（ OPEN））标准化，在一对非屏蔽双绞线（UTP）上能够进行双向传输。

　　（2）BroadR-Reach车载网络的物理层

　　利用了成熟的IEEE标准BASE-T PHYs技术；支持车载网络单对绞线布线；具有较短的信道到达目标（在UTP上为15米）；进行了优化处理以满足车载EMC要求。

　　（3）保持标准的IEEE MAC 接口：可以为更高层的以太网生态系统提供直接支持。

　　单对绞线车载以太网支持汽车电缆诊断（ACD）功能，这项功能对于车载以太网连接实现高度可靠至关重要。 ACD可以通过分析反射信号的幅度和延迟来检测电缆的故障位置。由于车载设备是由电池供电，不需要进行高电压隔离，因而在输出端采用了交流耦合电容，而不是像标准以太网应用那样采用变压器。

　　随着对车载网络技术需求的不断增加，促使行业领导者加速以太网平台的标准化工作，尽早推出具有开放性和可以广泛部署的技术，以便在成本、性能、可用性以及技术集成等方面获得收益。

　　2011年11月初，博通、飞思卡尔、哈曼集团以及恩智浦半导体公司宣布成立一个特别兴趣小组（SIG），以推动单对非屏蔽绞线以太网车载连接技术的大规模采用。该兴趣小组与宝马和现代汽车公司合作，共同制定了单对绞线开放联盟SIG标准，以满足汽车行业对安全性、舒适性和信息娱乐等方面的更高要求，同时大幅降低网络复杂性和布线成本。博通公司BroadR-Reach®技术的普及，为新制定的SIG开放标准奠定了基础。

　　

　　图2 以太网物理层（PHY）的演进：随着数据速率的增加，以太网物理层必须采用更加先进的技术，以便可以在无屏蔽双绞线上实现数据的高速正常传输

　　对于新推出的车载创新应用来说，标准化起着至关重要的促进作用。因为它让汽车制造商既可以满足客户的期望，同时又能保证企业利润不会受到损害。像以太网这样广泛部署的解决方案，天生具有成本和产品生态系统方面的优势，是要求严格的工业应用更加良好的基础设施。基于标准的解决方案，不仅可以缩短产品上市时间，同时还可以确保产品的可用性、生命周期、可升级性以及互操作性。对于建立面向未来的网络化汽车来说，这将起到关键性的作用，因为使用经过验证并符合严格环保要求的成熟平台，将可以帮助汽车原始设备制造商将设计风险降至最低。

　　如同任何新技术一样，在获得行业认可并被采纳之前，必须首先证明BroadR-Reach®是一个行之有效的解决方案。而这正是新罕布什尔大学互操作性实验室（UNH-IOL）要做的事情。 UNH-IOL是一个中立的第三方实验室，为互联网产业提供范围广泛的标准合规性测试服务。UNH-IOL是开放联盟特别兴趣小组授权进行BroadR-Reach合规性和互操作性测试的首家测试实验室。 加入UNH-IOL在2012年8月推出的车载以太网联盟（Automotive Ethernet Consortium）即可获得这种测试服务。而身为车载以太网联盟成员的半导体公司也可以通过测试来验证他们的芯片是否满足BroadR-Reach的技术要求。通过在同一个联盟内进行测试，联盟成员可以降低研发成本，将采用新技术的风险降至最低。此外，在BroadR-Reach获得大规模市场采用之前预先进行产品准备工作，将可以让他们获得先发优势。

　　去年夏天，几家半导体公司在UNH-IOL完成了第一轮合规性测试，以证明其产品符合单对绞线车载以太网标准。除了合规性测试之外，该实验室正在与开放联盟合作，积极开发更多的单对绞线车载以太网互操作性规范。此外，该实验室将与相关部门合作，以定义未来的测试程序，并在IEEE RTPGE研究小组的组织框架内，制定更高数据传输速率的规范要求。

　　图3展示了BroadR-Reach以太网的性能，BroadR-Reach以太网能够支持车载应有几个关键性要求：专属的端口带宽、每个端口的速度灵活可调、每条链路都具有先进的电缆诊断功能、具有故障切换的冗余机制以及娱乐音频/视频处理采用IEEE 标准（ AVB）。

　　

　　图3 BroadR-Reach®以太网的性能

　　如今，司机和乘客对数字技术的品位越来越高，他们的需求也变得越来越复杂，可以预见的是，对车载带宽的需求将会不断增长。对于原始设备制造商来说，这意味着他们必须集成具有成本效益的高性能网络，在提供高带宽连接的同时，满足汽车电子产品严格的行业标准。

　　让更多的车辆采用单对绞线车载以太网，将可以促成新的功能和应用，提高驾驶员的安全性和舒适度，并为他们提供更多的信息娱乐。反过来，兼容和开放式的系统架构也可以帮助汽车原始生产商显著降低网络复杂性和布线成本。这种装配了新系统的新一代车辆，将为司机和乘客提供令人兴奋的新功能和新效益。

　　作者：博通车载网络产品副总监 Timothy Lau

本文转摘自电子发烧友网《汽车电子特刊》5月刊