NXP車載以太網跟工業以太網異同及應用

汽車智能化、網聯化，甚至自動駕駛大浪已經來臨；浪潮帶來的是ADAS技術的不斷革新、高品質車載娛樂影音的影音推進、以及OTA遠程升級、V2X、大數據、云計算等一系列技術的發展；這推進了車載網絡容量需求的爆發式發展，顯然這已經超出了CAN或FlexRay等傳統車載網絡的歷史使命。這也正是以太網與汽車深度擁抱集成的契機。

車載以太網簡介

目前，車載以太網的技術標準是基于單對雙絞線以太網的BroadR-Reach（BRR）或OABR（OpenAlliance BroadR-Reach）技術，IEEE已經完成對100Mbit/s（100Base-T1）車載以太網技術的標準化，正在對1Gbit/s傳輸速度的車載以太網進行標準化。

車載以太網使用單對非屏蔽電纜以及更小型緊湊的連接器，使用非屏蔽雙絞線時可支持15m的傳輸距離(對于屏蔽雙絞線可支持40m)，這種優化處理使車載以太網可滿足車載EMC要求。100M車載以太網的PHY采用了1G以太網的技術，可通過使用回聲抵消在單線對上實現雙向通信。

車載以太網（100Base-T1）的物理層與標準的100BASE-TX的物理層主要區別有：

• 與100BASE-TX所使用的擾頻器相比，車載以太網數字信號處理器（DSP）采用了高度優化的擾頻器，可以更好地分離信號，比100BASE-TX系的頻譜效率更高；

• 車載以太網的信號帶寬為66.7MHz，只有100BASE-TX系統的一半。較低的信號帶寬可以改善回波損耗，減少串擾，并確保車載以太網可滿足汽車電磁輻射標準要求；

車載以太網的MAC層采用IEEE 802.3的接口標準，無需做任何適配即可無縫支持廣泛使用的高層網絡協議（如TCP/IP）。

隨著越來越多的傳感器、控制器以及接口對帶寬的要求越來越高，車內不同的計算單元和不同的域之間彼此通信的需求越來越強，車載電子也變得日益復雜，這直接導致了對車內連線使用上的增長。

如今，車內線束在重量上是繼底盤和引擎之外占第三位的部分，這就決定了，降低線束重量的技術將會直接改善燃油使用的經濟性。而車載以太網承載在單線對非屏蔽雙絞線的傳輸介質上，使用更小巧緊湊的連接器，可減少高達80%的車內連接成本和高達30%的車內布線重量。

隨著車載以太網發展，車載以太網領域里最為重要的OPEN聯盟成員已增長到300個，包括汽車領域里眾多的汽車廠商、一級供應商、芯片商、技術公司以及研究機構等。中國車企和供應商也在積極關注并逐漸采用OPEN聯盟的技術，在OPEN聯盟中已有一汽集團、北汽、長城、泛亞、華晨、恒潤、航盛以及中國信息通信研究院等十幾家中國成員。全世界采用OABR技術的主流汽車制造商的數量正在增長，已有多個車型上采用了車載以太網，包括寶馬公司的X3、X4、X5、X6、i3、i8、6系以及7系、捷豹的XJ和XF、以及大眾的帕薩特等。

作為汽車電子領域舉足輕重的半導體NXP，為車載以太網應用提供了Switch、PHY一系列解決方案。

圖1 NXP 100Base-T1 PHY芯片

TJA1100：符合OABR的單端汽車以太網PHY收發器

TJA1100符合開放聯盟Broad-R Reach標準。單端口以太網PHY收發器的設計完全符合汽車應用的需求。它支持100 Mbit/s的傳輸，接收能力達非屏蔽雙絞線(UTP)15米以上。TJA1100可實現最低的系統成本，并滿足新一代電子控制單元(ECU)和高級駕駛員輔助系統(ADAS)的傳感器對面積和散熱方面的嚴格限制。TJA1100符合AEC-Q100 1級，設計初衷是最小的封裝尺寸、最少的外部組件開銷和低功耗。

TJA1100主要特點：

• 單電源3.3V供電

• 支持MII、RMII接口

• 錯誤診斷

• 低功耗

• 6*6mm小封裝

• 汽車級認證

TJA1102/TJA1102S：符合IEEE 100BASE-T1標準的雙路以太網PHY收發器

TJA1102 (TJA1102S)是符合IEEE 100BASE-T1 標準高度集成的雙(分別為單個)端口以太網PHY收發器。

TJA1102/TJA1102S主要特點：

• 雙路100Base-T1車載以太網收發器

• 單電源3.3V供電，內部集成1.8V LDO或外部提供可選

• 支持MII、RMII接口

• 錯誤診斷

• 低功耗

• 8*8mm小封裝

• 汽車級認證

圖2 NXP以太網switch芯片

SJA1105EL/SJA1105PEL/QEL/REL/SEL：5端口AVB汽車以太網交換機

SJA1105EL以太網交換機提供靈活的解決方案，可實現模塊化和成本優化的ECU，能夠支持任何車載連接要求。通過利用5 Gbps交換吞吐量，每個SJA1105EL端口可以采用10、100和1000 Mbps之間的數據傳輸速率獨立運行。所有端口上的標準接口可輕松連接任何類型的以太網PHY。例如恩智浦的TJA1100、光收發器或用于診斷應用和工業自動化市場的通用10/100/1000BASE-TX PHY。SJA1105EL完全支持音/視頻橋接等關鍵汽車標準，并提供先進的汽車診斷。

SJA1105PEL/QEL/REL/SEL汽車千兆以太網交換機系列擴展了SJA1105EL/TEL交換機的功能，改進了安全特性，擴展了接口選項。

• 新的幀列表特性將交換機數據處理限制在已知源內，可防止轉發錯誤或惡意數據。

• 更新后的接口提供了IO擴展電壓選項和新的SGMII接口。

• 該交換機符合IEEE AVB。QEL和SEL版本支持擴展的TSN特性。

• 恩智浦原裝AUTOSAR驅動程序和AVB SW堆棧適用于本系列。

SJA1105主要特點：

• 12*12mm小封裝

• 集成5個(G)MACs，每個端口可獨立靈活配置

• 支持MII、RMII、RGMII接口

• 通過SPI管理配置

• 支持4096 VLAN以及1024廣播MAC地址

• 支持AVB AS、Qav、Qat

• 支持IEEE 1588

圖3 以太網switch、PHY典型應用

ZLG有豐富開發配套資料及demo開發板（集成switch、PHY），以及方便調試的轉接工具（車載2線以太網轉4線工業以太網水晶頭）。

圖4 以太網開發板

圖5 以太網調試轉接板

車載以太網的優勢以及應用趨勢，能填補新形勢下的車載網絡需求空白，讓我們一起期待這一時代的到來。