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同轴电缆实体层发威 车载娱乐资讯系统掀革新

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来源: 新电子   发布者:新电子
热度43票   时间:2017年9月14日 04:52
高频宽车载娱乐系统的市场需求不断涌现,但高成本的实体层却是其开发的一大阻碍。然而,以同轴实体层为基础的低成本IVI网路,因不须要设置回流电路,将能借由拓扑的节点,节省50%的系统成本,解决了过去光学实体层衍生的成本问题,这样的特性势必将为IVI系统的开发增添不少胜算。

在高阶汽车中,一直以来都须提供资料传输速率高于100Mbit/s的高频宽,以支援车载资讯娱乐(IVI)系统的需求。

不过,越来越多的经济型和高载客量乘用车,也开始提供高频宽的IVI功能。它们独立于不同IVI系统提供的以软体为基础的功能,并共享同一个基础:对稳健的高频宽基本实体层技术的需求。

在过去,光学MOST150网路的目的在实现高频宽资讯娱乐实体层,以满足OEM针对高频宽、可扩展性、低重量、高稳健性、EMC以及能适应车辆有限空间能力的严苛要求。然而,尽管该网路可提供所列特性,但其制造成本却成为一些高载客量汽车制造商的障碍。

由于市场对于能够满足极具挑战性汽车需求的低成本途径IVI实体层的需求十分强烈,因此引发了一连串产生适用于以同轴电缆为基础的IVI网路的新型标准化实体层的创新过程。

金属屏蔽保护核心导体 同轴电缆抗干扰性高

同轴电缆具有许多设计优点,包含支援高频宽资料传输;高防护效力—稳健的EMC性能;可提供自动化连接器组装过程;满足苛刻的机械要求,如弯曲能力和高温范围;适合汽车等级解决方案的高成本效益;严格控制的阻抗,支援全双工运作模式;通过同一电缆实现电力传输和资料发送。

此外,它们已在汽车产业中使用数十年,可作为点到点连接电缆的可靠记录。其范例包含用于天线与收音机之间的连接或者天线与全球行动通讯系统(GSM)模组之间的连接;因此,用于高自动化生产的现有基础设施和相对应的供应链已充分建立。所以,温度范围和机械性能方面的汽车需求同样可得到满足。此外,汽车连接器模型(FAKRA)的标准也可被提供,且已由不同供应商采用。FAKRA连接器拥有许多不同的形状并且提供不同的颜色和机械性程式编辑方案,有助于简化汽车生产线上的组装过程并节省时间。FAKRA连接器同样能满足严苛的汽车需求,并且可使用高度自动化的方法进行生产。

图1显示了同轴电缆的横切面。这个模型一目了然地展示了同轴电缆的最大优点,因为与透过核心导体(1)传输的讯号相关联的电场,包含在被金属屏蔽(3)所限制的空间内。这样做的结果是,同轴电缆不会在外部发射能量。同时,屏蔽(3)可保护核心导体(1)免受外部电场的影响,同时提供较高的讯号抗扰性。同轴电缆的这两个属性确保实现稳健的电磁相容性(EMC)性能,进而而方便同轴电缆在车辆中定位。这也有助于节省成本,因为不需要为了定位同轴电缆而开发特殊的电缆布线或遵循严格限制条件。
图1 同轴电缆切割模型(1为中心核心导体、2为内部介电绝缘体、3为金属屏蔽、4为塑胶/套)

实现额外网路拓扑 同轴电缆促IVI网路大创新

同轴电缆能提供在传统光学MOST系统下所不具备的功能。其优势之一是建立在同轴电缆的受控阻抗上,这使实现双单工(DS)通讯和双向全双工(FD)通讯模式都可以被实现。与传统的MOST环相比,同轴电缆可实现额外的网路拓扑,代表了IVI网路的一项重大创新。对于特殊的使用案例,还可以实现DS通讯和FD通讯的组合。表1概述了可以使用同轴实体层实现的拓扑。我们详细了解一下可以使用同轴实体层实现的所有网络拓扑。
表1概述了可以使用同轴实体层实现的拓扑
可按图2所示方式实现同轴实体层上传统的MOST环。这种网路拓扑是以需要闭合环型结构的回流电缆的单向DS通讯为基础。
图2 由三个连接到以双单工同轴实体层为基础的环拓扑的节点所组成的资讯娱乐系统

使用FD通讯作为替代使设计人员能够实现其他方式无法实现的拓扑。例如,考虑一个双节点系统,可以实现如图3所示的单纯点到点连接。在这种情况下,多亏FD同轴线的双向通讯,所以不需要设置回流电缆。与传统的光学双节点MOST环相比,这种拓扑的最大优点是可以节省高达50%的系统成本。这种节省成本的选择对于高载客量的汽车制造商极具吸引力,因为一个由主机和放大器所组成的双节点资讯娱乐系统将可以被实现,该系统虽然基本但功能十分强大。
图3 由两个连接到以全双工同轴实体层为基础的点到点连接的节点所组成的资讯娱乐系统
对于具有三个或更多节点的更复杂架构,FD通讯允许设计人员在IVI节点之间实现菊链拓扑。图4显示了菊链拓扑中三节点资讯娱乐系统的范例。同样在这种情况下,由于没有回流电缆,因此可简化汽车的组装过程并有助于降低整体系统成本。
图4 由三个连接到以全双工同轴实体层为基础的菊炼的节点所组成的资讯娱乐系统

另一个可以在使用FD通讯同轴实体层上使用三个或更多节点的网路拓扑是集线器配置。图5显示了一个应用示例。充当集线器的车载显示器元件与替代外部照后镜的两个后视相机进行点对点连接。 

图5 基于同轴实体层的集线器配置示例

DS和FD通讯的结合允许设计人员能够增加新的应用程式,到现有以环拓扑为基础的资讯娱乐系统中。一个例子是,将使用麦克风网路的音讯子域增加到原先开发时不支援麦克风网路的现有系统中。

显示的所有拓扑均可选择性支援在同轴数据线上的传输电力。这使得设计师能为每个在同轴电缆供电的网路中的节点节省专用的电源线和连接器。这还有助于节省成本和减轻重量,并简化汽车的组装过程。

图5和图6中显示的架构是说明透过同轴电缆传输电力的优势的完美范例。事实上,相机和麦克风模组的外形十分小巧,因此可以使用单个可支援资料和电力传输并可简化模组机械设计的连接器。

图6 如何透过附加的菊链来扩展以同轴实体层环为基础的现有资讯娱乐系统的范例
表2显示了双节点系统的IVI网络实体层成本的比较。比较的结果明确,即以同轴实体层为基础的网路能够提供最佳性价比。

显示了双节点系统的IVI网络实体层成本的比较。

采用以同轴实体层为基础的高速网路资讯娱乐系统的优势显而易见。OEM厂商采用的这项技术将于今年开始推广,市场能否张开双臂拥抱这一技术?我们拭目以待。

(本文作者任职于Microchip)


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