我們可以用高帶寬和低帶寬類技術來簡單分類。通常

，傳感器需要低帶寬。汽車上最常用的加速度計的輸出數據速率(ODR)隻有幾千赫茲。至於信息娛樂係統，普通音頻和視頻數據要求的速率一般為幾Mbps以上。

 

然而，高清多攝像頭係統的采用才真正令標準得到提高
，這種係統適用於停車輔助係統
、360°視覺係統（也稱為鳥瞰係統或環視係統）、雷達（基於RF微波）和激光雷達（基於紅外激光）
，能夠幫助增強駕駛員輔助係統(ADAS)。這些係統能夠共存是推動自動駕駛汽車發展的關鍵因素

，但對任何通信總線來說都是一個巨大的挑戰。

 

汽車中使用的傳統總線包括：

 

● 局域互連網絡(LIN)：速度最高20kbps，主要用於要求低成本、速度/帶寬比不太重要的子係統中。

● 控製器局域網(CAN)：傳輸速度最高1Mbps，比如用於在電子控製單元(ECU)和啟停係統、駐車輔助係統和電子駐車製動器的傳感器之間通信。

● FlexRay：速度比CAN快（最高10 Mbps），價格更高昂。最開始被用於線控（線控駕駛
、線控轉向）係統

，能用於適配多種網絡拓撲。

● 麵向媒體的係統傳輸(MOST)：速度最高150 Mbps，專用於傳輸音頻、視頻、語音和數據信號。定義ISO/OSI模型的全部7個層，從物理層直到應用層。是一個專有的解決方案。

 

隨著網絡技術不斷發展，另一方麵變得越加重要。許多不同子係統使用的各種總線都包含非常複雜（且昂貴）的電纜。對於汽車應用，尺寸和重量是新的挑戰，因為要滿足新的環境法規就意味著需要開發能夠（例如）降低CO2排放量的新係統。在這種情況下，就不太容易滿足高帶寬、低延遲


，確定性、耐用且便宜的通信總線的需求了。

 

汽車音頻總線(A2B)

 

汽車音頻係統的電纜在總電纜重量中占了很大比重，這是因為模擬線路要求從音頻源到端（揚聲器）都采用價格高昂的屏蔽電纜。此外，主動降噪(ANC)和路噪降噪(RNC)係統需要在車內安裝多個麥克風，這為音頻網絡增加了許多輸入節點。圖1非常詳細地展示了傳統汽車音頻係統的實際布線。

 

圖1. 傳統的車內音頻係統線纜。

 

汽車音頻總線(A2B)是ADI推出的一項創新技術
，支持串聯拓撲，即單個主機最多連接10個菊花鏈形式的從機。A2B針對音頻應用進行優化，速度為50Mbps。通過使用非屏蔽雙絞線(UTP)，大幅簡化連接，線束的總重量減少高達75%。節點之間的距離可達15米
，最大網絡長度為40米。同樣的UTP傳輸電源（幻象供電）最高可達300mA，非常適合數字麥克風。

 

若在主節點提供的供電功率分配不足時，可以由本地電源為從機節點供電。總線支持雙向通信，主機至從機、從機至主機
，最多可32個通道下行和上行（12
、16、24位）。最重要的是
，可以保證延時最多2個時鍾周期，為ANC/RNC這樣的延時敏感型應用提供確定性。A2B總線可以傳輸I2C消息，支持在從機節點上遠距離配置ADC/DAC等外設。

 

簡化A2B網絡配置的工具是SigmaStudio，這是一種圖形化設計環境，支持SigmaDSP和SHARC DSP等係列。A2B收發器（AD2428, AD2427, and AD2426）提供I2S和PDM接口。I2S接口通常用於連接ADC和DAC，數字麥克風則通常使用PDM。

 

汽車應用的一個重要問題是電磁兼容性(EMC/EMI)。A2B通過了最嚴格的汽車EMC和EMI測試（僅使用雙線UTP電纜）。RNC應用要求加速度計和麥克風分布在汽車內部周圍。使用模擬鏈路的成本非常高昂，因為需要額外部署電路（模數轉換器）
、電纜和連接器。A2B技術采用新型音頻源和傳感器
，簡化了這個架構。

 

圖2. 被A2B技術簡化過的車內音頻係統線纜。

 

車載以太網

 

以太網是非常流行的網絡技術，擁有龐大的生態係統。然而，到目前為止

，它在汽車領域的應用非常有限
，僅限於診斷
、車載信息娛樂係統和高帶寬傳感器連接等。

 

雖(sui)然(ran)在(zai)雷(lei)達(da)和(he)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)等(deng)新(xin)技(ji)術(shu)不(bu)斷(duan)湧(yong)現(xian)且(qie)對(dui)帶(dai)寬(kuan)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)需(xu)求(qiu)時(shi)，以(yi)太(tai)網(wang)可(ke)能(neng)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)這(zhe)些(xie)帶(dai)寬(kuan)需(xu)求(qiu)
，但(dan)仍(reng)有(you)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)限(xian)製(zhi)了(le)它(ta)在(zai)汽(qi)車(che)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)。用(yong)於(yu)100-Base-TX的傳統以太網電纜都是基於兩個差分線對，通過變壓器進行隔離
，對於汽車應用而言太過昂貴。此外，5類電纜不能滿足汽車EMI標準，因此，100-Base-TX以太網除了進行診斷和固件更新，並不能用於車內通信。

 

對於車對車(V2V)或車對萬物(V2X)通信，車內數據傳輸必須支持同步

、流量控製和固定延遲。以太網無法提供這類支持，除非采用新協議棧。

 

我們先考慮一下物理層。為了滿足關於重量

、EMI和成本的要求
，電氣與電子工程師協會(IEEE)製定了一項新標準，即802.3bw，也被稱為100-Base-T1。IEEE802.3bw是基於雙向UTP電纜的100Mbps標準，滿足嚴格的汽車電磁輻射標準。它利用疊加、特定編碼和加擾等原理降低EMI。

 

使用非屏蔽雙線電纜代替傳統的5類電纜時，成本和重量都更低。以太網供電(PoE)等技術在傳輸數據的同時供電

，共用相同的電纜。但是，PoE提供電源至少要用到兩個線對，與減少電纜數量的要求背道而馳。

 

所以IEEE製定出802.3bu標準


，也被稱為數據線供電(PoDL)。PoDL可以通過一個線對提供電源，這從一定程度上增加了收發器原理圖的複雜性。

 

圖3. 基本的PoDL架構：通過同樣的差分通道傳輸數據和提供電源。

 

如前所述，為了支持汽車應用，以太網需要額外的軟件技術來支持時間確定性。這可以通過音頻視頻橋接協議(AVB)來實現
，AVB協議由IEEE 802.1開發
，該組織負責ISO/OSI模型的第二層。

 

AVB是一種提供時間同步和流量控製的軟件技術。利用這些基本概念，以太網可以可靠地提供音頻和視頻內容。在AVB的推動下

，IEEE定義了一係列協議，即時間敏感網絡(TSN)，它們主要關注工業和汽車市場，提供支持實時支持的以太網。

 

綜上所述，IEEE 802.3bw加上TSN可以取代傳統總線
，成為合適的車內確定性通信解決方案。此外，100-Base-T1正在演變成新的1000-Base-T1標準，速度可以達到1Gbps。但是，這樣的係統相當複雜，而且這些技術還不夠成熟，不適合在汽車市場中廣泛部署。

 

可能的場景

 

車載市場已開始采用A2B來進行音頻傳輸。涉及從不同總線子係統/節點傳輸數據的需求下，以太網還遠遠沒有達到批量實施的水平。

 

圖4. 多域架構。

 

A2B技術對簡化ANC
、免提係統
、電動汽車(EV)警示音係統、緊急呼叫(eCall)係統等應用都大有裨益。此外，未來可能能夠直接將數字傳感器提供的信息傳輸至A2B，以進一步簡化RNC係統的架構。

 

自動駕駛推動著總線性能不斷提高，未來有望實現千兆網絡連接。那麼，在接下來的幾年裏

，會出現什麼樣的場景？

 

A2B是一種易於實現的技術，通過同一對UTP電纜傳輸電源和數據，並對延時提供確定性支持。采用現有的100-Base-T1（未來是1000-Base-T1）技術的以太網將會是一種融合技術，可以聚合多條數據總線
，但增加供電(PoDL)和軟件確定性(TSN)的複雜性會提高。

 

很可能，基於A2B的音頻傳輸和傳感器混合解決方案
，以及依靠高速Gb以太網連接激光雷達和雷達等主幹網絡
，能夠滿足汽車行業大部分的中期需求。

本文轉載ADI.

 

 

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