मोटर वाहन मोटर वाहन ईथरनेट ईएमआई डिजाइन चुनौतियां

आज, ईथरनेट ने आधिकारिक तौर पर ऑटोमोटिव नेटवर्क जैसे कैन, लिन, फ्लेक्स्रे और अधिकांश के रैंक में प्रवेश किया है। हालांकि, चूंकि पहले से ही बहुत सारे नेटवर्क हैं, फिर भी हमें ईथरनेट की आवश्यकता क्यों है? क्या ऑटोमोटिव एप्लिकेशन ईथरनेट का उपयोग किया जा सकता है? वास्तव में, उत्तर बहुत सरल है, और यह कहा जा सकता है कि ईथरनेट का कारण अब कार्यालय नेटवर्क के क्षेत्र में हावी है। सादगी और क्षेत्र-सिद्ध खुले मानकों ने हर आवेदन की स्थिति में ईथरनेट के स्वामित्व की लागत को बहुत कम कर दिया है, जो इस कारण का हिस्सा है कि ईथरनेट को हाल ही में फैक्ट्री और होम टेक्नोलॉजी उपयोगकर्ताओं द्वारा पसंद किया गया है। कई ईथरनेट विक्रेताओं के समर्थन के साथ, विशाल कार्यालय बाजार और तेजी से विस्तार करने वाले उपभोक्ता बाजार ने ईथरनेट के मूल्य निर्धारण स्तर को किसी भी "कस्टम" समझौते की तुलना में बहुत कम होने में सक्षम बनाया है।

ऑटोमोटिव ईथरनेट के प्रारंभिक अनुप्रयोग में आमतौर पर एक ऑन-बोर्ड डायग्नोस्टिक सिस्टम (OBD) शामिल होता है, जो सॉफ़्टवेयर डाउनलोड समय को बहुत कम करता है। एक आम सहमति प्रतीत होती है: ओबीडी धीमी पारंपरिक कैन के बजाय एक आईपी-आधारित इंटरफ़ेस (यानी ईथरनेट की भौतिक परत) में स्थानांतरित हो जाएगा। भविष्य को देखते हुए, "रियल-टाइम" ईथरनेट एवीबी (ऑडियो वीडियो ब्रिजिंग) उच्च-प्रदर्शन इन्फोटेनमेंट नेटवर्क समाधान प्रदान करने में सक्षम होगा, लेकिन चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, यह केवल तकनीकी मुद्दे नहीं हैं। यहां तक ​​कि जब कार को एक सर्विस स्टेशन पर पार्क किया जाता है (यानी, यह ड्राइविंग नहीं है), तो ओबीडी एप्लिकेशन अभी भी सामान्य रूप से काम कर सकता है। जब कोई कार चला रही होती है, तो कार निर्माताओं को सख्त ईएमआई आवश्यकताओं की आवश्यकता होती है। ईथरनेट को कभी भी ऐसे अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन नहीं किया गया है। तो, क्या यह तकनीक चुनौती को पूरा कर सकती है?

गर्मी प्रतिरोध और ईएमसी प्रदर्शन

औद्योगिक नियंत्रण बाजार ने साबित कर दिया है कि ईथरनेट नेटवर्क चरम परिस्थितियों में मजबूत प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं। इन अनुप्रयोगों में से अधिकांश आमतौर पर एक बड़े तापमान सीमा, गंभीर कंपन, उच्च ईएमसी विकिरण और धूल भरे या आर्द्र वातावरण का सामना करते हैं। ईथरनेट डिवाइस कम बिजली की खपत और पैकेजिंग डिजाइन को अपनाता है, इसलिए जब इंजन परिवेश का तापमान + 85 डिग्री सेल्सियस (सामान्य तापमान) से ऊपर उठाया जाता है, तो कोई गर्मी अपव्यय समस्या नहीं होगी। उदाहरण के लिए, माइंड्रे सेमीकंडक्टर के KSZ8041NL AM सिंगल-पोर्ट फास्ट ईथरनेट PHY सॉल्यूशन (AECQ-100 मानक के साथ अनुपालन) एक थर्मल रूप से बढ़ाया 5 मिमी X5mm MLF में केवल 175MW का उपभोग करता है? पैकेट। KSZ8041NL श्रृंखला भी सैन्य विशिष्टता वेरिएंट प्रदान करती है जो 125 ° C तक परिवेश के तापमान का समर्थन करती है।

औद्योगिक और मोटर वाहन बाजारों की जरूरतों के कारण, कई नई पीढ़ी के ईथरनेट उपकरणों ने ईएसडी (इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज) प्रदर्शन में काफी सुधार किया है। यह अवधारणा में एक बड़ा बदलाव है, और पिछले कार्यालय अनुप्रयोगों ने ईएसडी रेटिंग पर ज्यादा ध्यान नहीं दिया। उदाहरण के लिए, माइंड्रे सेमीकंडक्टर के KSZ8041 PHY और KSZ8851 कंट्रोलर सीरीज़ में HBM (ह्यूमन बॉडी मॉडल) ESD रेटिंग 6kV से अधिक है। मूल्यांकन बोर्ड यह भी दर्शाता है कि यह किसी भी बाहरी ओवरवोल्टेज सुरक्षा उपकरण के बिना 16.5kV से अधिक 9kV और एयर ESD रेटिंग से अधिक संपर्क ESD प्रदान कर सकता है। यह सामान्य ऑटोमोबाइल निर्माताओं की विद्युत चुम्बकीय संगतता (ईएमसी) आवश्यकताओं से अधिक है, जैसे कि बीएमडब्ल्यू समूह मानक जीएस 95002 की आवश्यकताएं।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण

वर्तमान में, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) प्रदर्शन पर उद्योग की सख्त आवश्यकताएं सबसे गंभीर चुनौतियों में से एक है जो सभी मोटर वाहन विद्युत उपकरणों का सामना करना चाहिए। जैसे -जैसे डेटा गति बढ़ती है, सिग्नल ट्रांसमिशन की गति तेज और तेज हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऊर्जा उत्सर्जन होता है। उद्योग का सामना करने वाली पहली चुनौती उत्सर्जन सीमाओं को निर्धारित करना है और ईथरनेट प्रौद्योगिकी की आवश्यक बैंडविड्थ है।

जहां तक ​​वीडियो और कैमरा इमेजिंग ट्रांसमिशन का सवाल है, अभी भी विवाद है कि क्या 100Mbps फास्ट ईथरनेट वास्तव में पर्याप्त है, या क्या गीगाबिट ईथरनेट के डेटा ट्रांसमिशन गति को उन्नत करने की आवश्यकता है। यह विकल्प इस बात पर निर्भर करने की संभावना है कि क्या कैमरा एप्लिकेशन वीडियो संपीड़न का समर्थन करता है।

चित्रा 1 एक ईथरनेट सर्किट बोर्ड की विशिष्ट विकिरण विशेषताओं को दर्शाता है, जो कि माइंड्रे सेमीकंडक्टर के KSZ9021 गीगाबिट PHY का उपयोग करता है। आश्चर्य की बात नहीं, शिखर विकिरण संदर्भ घड़ी की 125Mbps हार्मोनिक स्थिति पर स्थित है, जो विशिष्ट OEM सीमा (इस मामले में, FlexRay) से अधिक है।

स्थिरता बनाए रखने के लिए, ईथरनेट अब ट्विस्टेड जोड़ी, समाक्षीय केबल, या प्लास्टिक ऑप्टिकल फाइबर (POF) का उपयोग कर सकता है, जबकि कार चल रही है। मानक ईथरनेट RJ45 कनेक्टर और CAT5 केबल में बहुत मजबूत प्रदर्शन होता है और इसका व्यापक रूप से कई क्षेत्रों (औद्योगिक क्षेत्रों सहित) में उपयोग किया जाता है।

हालांकि, मौजूदा आपूर्तिकर्ता-विशिष्ट कनेक्टर्स और कनेक्टर्स का उपयोग अभी भी मोटर वाहन अनुप्रयोगों में (कम से कम शुरू में) किया जा सकता है। भविष्य में, हम धीरे -धीरे ISO 13400 में निर्दिष्ट मानकीकृत IP डायग्नोस्टिक इंटरफ़ेस को अपनाएंगे। ईथरनेट PHY (ट्रांसीवर) लचीले ढंग से इस तरह के कनेक्टर्स और केबल का उपयोग कर सकते हैं, जो प्रदर्शन को काफी कम कर सकते हैं। नीचे दी गई तालिका 1 CAT5 केबल की विशिष्ट विशेषताओं को सूचीबद्ध करती है।

मानक कैबल केबलों में असमान रूप से ट्विस्टेड पेयर कैट 5 केबल्स के समान विशेषताएं होती हैं। परीक्षणों ने 100 मी से अधिक केबल केबल के माध्यम से ईथरनेट के दीर्घकालिक त्रुटि-मुक्त संचरण की व्यवहार्यता साबित कर दी है। इन दो केबलों के बीच मुख्य अंतर यह है कि कैन केबल केवल आंशिक रूप से निर्दिष्ट है और एक नियंत्रित प्रतिबाधा या मोड़ दर प्रदान नहीं करता है। इस तरह, EMC प्रदर्शन और सिग्नल अखंडता की गारंटी नहीं दी जा सकती है, इसलिए क्या केबल आमतौर पर उच्च गति वाले डेटा ट्रांसमिशन के लिए उपयुक्त नहीं हैं। क्या केबल वर्तमान में ईथरनेट ऑन-बोर्ड डायग्नोस्टिक सिस्टम (OBD) और फ्लैश मेमोरी अपडेट के लिए उपयोग किए जाते हैं। इन केबलों को सामान्य ड्राइविंग के दौरान अक्षम किया जा सकता है और केवल एक मरम्मत की दुकान या उत्पादन संयंत्र में सक्रिय किया जा सकता है।

उच्च गति वाले डेटा ट्रांसमिशन (जैसे कि LVD, USB, और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में ईथरनेट जैसे) के लिए उपयोग किए जाने वाले केबलों के उदाहरणों में "लियोनी केबल्स" शामिल हैं। "लियोनी केबल" परिरक्षण के लिए एक नियंत्रित 100OHM प्रतिबाधा का उपयोग करता है और 1GBPS तक डेटा ट्रांसमिशन में सक्षम है। प्रदर्शन सूचकांक CAT6 के समान है, CAT5 नहीं। यह वास्तव में एक मुड़ जोड़ी नहीं है, लेकिन एक चार-फंसे हुए तार जिसे स्टर्न-वियर्स कहा जाता है (एक स्टार-ट्विस्टेड चार-तार के रूप में अनुवादित)।

नियंत्रित प्रतिबाधा के साथ पहला ऑटोमोटिव अनचिल्ड केबल क्रोशू की फ्लेक्स्रे केबल है, जो कैन से बेहतर ईएमसी प्रदर्शन और सिग्नल अखंडता प्राप्त कर सकती है। यद्यपि केबल प्रकार हैं जैसे कि ट्विस्टेड जोड़े और स्टर्न-वियर, मानक फ्लेक्स्रे केबल एक एकल मुड़ जोड़ी को संदर्भित करता है। CAT5 चार-तार मुड़ जोड़ी प्रदान करता है, जिनमें से सभी का उपयोग गीगाबिट नेटवर्क के लिए किया जाएगा, और 100Mbps फास्ट ईथरनेट को केवल उनमें से दो का उपयोग करने की आवश्यकता है।

विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए, माइंड्रे सेमीकंडक्टर लिंकएमडी और अन्य केबल डायग्नोस्टिक टेक्नोलॉजीज ऐसी समस्याओं को हल करने के लिए ईथरनेट परिभाषित मानकों से अधिक समाधान प्रदान करते हैं। LinkMD केबल डायग्नोस्टिक टेक्नोलॉजी ट्विस्टेड पेयर केबल्स, जैसे ओपन सर्किट, शॉर्ट सर्किट और प्रतिबाधा बेमेल जैसे सामान्य समस्याओं का विश्लेषण करने के लिए समय डोमेन रिफ्लेमेट्री (टीडीआर) का उपयोग करती है।

प्लास्टिक ऑप्टिकल फाइबर (POF) पारंपरिक CAT5 कॉपर केबल का एक विकल्प है। यह भौतिक माध्यम सबसे अधिक नेटवर्क में तैनात है और लंबे समय से कार निर्माताओं के लिए जाना जाता है। सबसे अधिक 1 मिमी एलईडी पीओएफ तकनीक (नए मोस्ट -150 सहित) से भी 100 मीटर की सीमा से अधिक 100 एमबीपीएस फास्ट ईथरनेट ट्रांसमिशन के लिए उपयोग किया जा सकता है। POF में मजबूत प्रदर्शन, हल्का वजन और अन्य ऑप्टिकल फाइबर की तरह, यह विद्युत चुम्बकीय शोर उत्पन्न नहीं करता है (क्योंकि कोई विकिरण नहीं है)।

हालांकि, परिरक्षित केबल या पीओएफ का उपयोग करने का नुकसान उच्च लागत है। वर्तमान में, अनुसंधान कार्य जारी है; हम उन तरीकों को विकसित करने के लिए तत्पर हैं जो विकिरण स्तर की आवश्यकताओं (कम से कम तेजी से ईथरनेट को पूरा करने) को प्राप्त करने के लिए बिना सोचे -समझे केबलों का उपयोग करते हैं। कुछ प्रस्तावित तरीकों को अन्य मॉड्यूलेशन तकनीकों के उपयोग की आवश्यकता होती है, जो मालिकाना असंगत "ईथरनेट" का उत्पादन करेंगे। यह ईथरनेट की सफलता के अद्वितीय आकर्षण और सार के साथ नहीं है: फील्ड-सिद्ध, इंटरऑपरेबल खुले मानकों और कम लागत। इस तरह के तरीकों को न केवल खुलेपन और मुफ्त पहुंच की आवश्यकताओं को प्राप्त करने की आवश्यकता है, बल्कि बड़ी संख्या में चिप आपूर्तिकर्ताओं को भी शामिल किया गया है। यह देखा जाना बाकी है कि क्या ये तरीके सफल होंगे।

आदर्श समाधान ईएमआई उत्सर्जन को कम करने के लिए मानक ईथरनेट PHY उपकरणों के प्रदर्शन को बढ़ाने में सक्षम होना चाहिए। ये सुधार, अन्य सर्किट बोर्ड और डिवाइस प्रौद्योगिकियों के साथ संयुक्त, सफलता के लिए एक यथार्थवादी अवसर प्रदान करते हैं, विशेष रूप से तेजी से ईथरनेट की सफलता।