【導讀】如今，以太網已能夠正式進入諸如CAN、LIN、FlexRay和MOST這樣的汽車網絡行列。簡易性和經過現場驗證的開放標準，大大降低了以太網在每一種應用情況下的擁有成本，這也是以太網最近深受工廠和家庭技術用戶青睞的部分原因。在眾多以太網供應商的支持下，龐大的辦公市場和急劇膨脹的消費市場使以太網的定價水平能夠遠低于任何“定制”協議的定價。
汽車以太網的最初應用通常包括車載診斷系統(OBD)，它大大縮短了軟件的下載時間。似乎有一種普遍的共識：OBD將轉向基于IP的接口(即以太網的物理層)，而非速度較慢的傳統CAN。展望未來，“實時”以太網AVB(音頻視頻橋接)將能夠提供高性能的資訊娛樂網絡解決方案，但是其所面臨的挑戰，不僅僅是單純的技術問題。即使當汽車停在服務站(即并未行駛)時，OBD應用同樣可以正常運行。當汽車行駛時，汽車制造商需要更加嚴格的EMI要求。以太網從未針對此類應用進行專門設計。那么，這項技術是否能夠應對挑戰?
耐熱和 EMC 性能
工業控制市場已經證明，以太網網絡能夠在極端條件下實現強勁的性能。大部分此類應用通常會面對較大的溫度變化范圍、劇烈震動、高EMC輻射以及灰塵或潮濕環境。以太網設備采用低功耗和封裝設計，固此在將發動機環境溫度升高到+85°C(正常溫度)以上時，不會出現散熱問題。例如，麥瑞半導體的 KSZ8041NL AM單端口快速以太網PHY解決方案(符合AECQ-100 標準)，在耐熱增強的5mmx5mm MLF? 封裝內，僅消耗175mW。KSZ8041NL 系列還提供軍用規格變體，支持高達125°C的環境溫度。
由于工業和汽車市場的需求，許多新一代以太網設備都具備顯著改善的ESD(靜電放電)性能。這是一個重大的觀念轉變，以前的辦公應用并不十分重視 ESD 額定值。例如，麥瑞半導體KSZ8041 PHY和KSZ8851控制器系列的HBM(人體模型)ESD 額定值都大于 6KV。評估板也顯示能夠提供大于9kV的接觸ESD和大于16.5kV的空氣ESD 額定值，而不需要任何外部過電壓保護設備。這超越了一般汽車廠商的電磁兼容性(EMC)要求，例如由寶馬集團標準GS 95002的要求。
電磁輻射
目前行業對電磁干擾(EMI)性能的嚴格要求，是所有汽車電氣設備都要面臨的其中一項最嚴峻挑戰。隨著數據速度的增長，信號傳輸速度也越來越快，這會導致更高的能量排放。行業面臨的第一個挑戰是要設定以太網技術的排放限值和所需帶寬。
就視頻和相機成像傳輸來說，有關100Mbps快速以太網是否真正夠用，或是否需要推進千兆以太網數據傳輸速度，仍然存有爭議。這種選擇很可能取決于相機應用程序是否支持視頻壓縮。
圖1顯示以太網電路板的典型輻射特性，使用的是麥瑞半導體的KSZ9021千兆PHY。毫不奇怪，峰輻射位于參考時鐘的125Mbps諧波位置，超過了典型的OEM限值(此處以FlexRay為例)。
為保持一致性，如今在汽車運行時，以太網可以使用雙絞線、同軸電纜或塑料光纖(POF)作為屏蔽電纜。標準以太網RJ45連接器和CAT5電纜具備非常強勁的性能，廣泛應用在多個領域中(包含工業領域)。
但是，汽車應用中可能仍會采用(至少在最初階段)現有的供應商特定連接器和接線器。以后將逐漸傾向于采用如ISO 13400中規定的標準化IP診斷接口。以太網PHY(收發器)可靈活使用此類連接器和線纜，而不會使性能顯著降低。下表1列出了CAT5電纜的典型特性。
標準CAN電纜具有與非屏蔽雙絞線CAT5電纜相似的特性。測試已證明了通過100m以上CAN電纜實現以太網長期無差錯傳輸的可行性。這兩種電纜之間的主要區別是，CAN電纜僅部分指定，并且不提供受控的阻抗或絞紐率。這樣就無法保證EMC性能和信號完整性，所以CAN電纜一般不適用于高速數據傳輸。CAN電纜目前用于以太網車載診斷系統(OBD)和閃存更新。這些線纜在正常行駛中可能會被禁用，只有在維修店或生產工廠中才能被激活。
用于高速數據傳輸(例如汽車應用中的LVDS、USB和以太網)的電纜示例包括“Leoni 電纜”。“Leoni 電纜”使用受控的100ohm阻抗進行屏蔽，可勝任高達1Gbps的數據傳輸，性能指標類似于CAT6，而非 CAT5。它實際并非雙絞線，而是一種名為Stern-Vierer(譯作星絞四線)的四絞線。
第一款具有受控阻抗的汽車非屏蔽電纜是Kroschu 的FlexRay電纜，它能夠實現優于CAN的EMC性能和信號完整性。雖然存在雙絞線對和Stern-Vierer等電纜類型，標準的FlexRay電纜是指單獨一個雙絞線。CAT5提供四線雙絞線，其中的所有雙絞線都將用于千兆網絡，而100Mbps快速以太網則只需使用其中兩對。
為了提高可靠性，麥瑞半導體LinkMD等電纜診斷技術，提供了超越以太網定義標準的解決方案，以解決此類問題。LinkMD電纜診斷技術利用時域反射計(TDR)分析雙絞線電纜的常見問題，例如開路、短路和阻抗不匹配。
塑料光纖(POF)是傳統CAT5銅線電纜的一種替代選擇。這種物理介質部署在MOST網絡中，早已為汽車制造商所熟知。來自MOST(包括新的MOST- 150)的相同1mm LED POF技術也可用于100米范圍的 100Mbps快速以太網傳輸。POF性能強大、質量輕巧，并且像其他光纖一樣，完全不會產生電磁噪音(因沒有散發輻射)。
然而，使用屏蔽電纜或POF的缺點在于成本高昂。目前，研究工作仍在繼續開展；我們期待著開發出使用非屏蔽電纜實現輻射水平要求(至少滿足快速以太網)的方法。有些提議的方法需要使用其他調制技術，這樣會產生專有的不一致“以太網”。這并不符合以太網的獨特魅力和成功精髓：通過現場驗證、可互操作的開放標準，以及低廉的成本。此類方法不僅要實現開放性和自由訪問的要求，還涉及數量眾多的芯片供應商。這些方法能否順利成功，還有待觀察。
理想的解決方案需要能夠增強標準以太網PHY設備的性能以減少EMI輻射。這些改進結合其他電路板和設備技術，為成功提供了現實機會，特別是快速以太網的成功。
