光數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有固有的電磁兼容性 (EMC)，是全電動(dòng)或混合動(dòng)力系統(tǒng)的最佳技術(shù)選擇。塑料光纖 (POF) 通信在電磁干擾 (EMI) 和電磁敏感性 (EMS) 方面具有出色的性能。POF 對(duì)電磁場(chǎng)具有固有的免疫力和強(qiáng)大的抵抗力。此外，其固有的電流隔離和機(jī)械堅(jiān)固性使光以太網(wǎng)技術(shù)非常適合當(dāng)前和未來(lái)的車載網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

電流隔離確保新的 48 伏電氣架構(gòu)

汽車中新的 48 伏電氣架構(gòu)在電磁兼容性和安全要求方面突破了極限。需要采取新的安全預(yù)防措施，因?yàn)榧词故?48 伏和 12 伏電氣系統(tǒng)之間的單一故障，如短路，也可能由于過(guò)壓而損壞整個(gè) 12 伏系統(tǒng)。光鏈路是 48 伏域和 12 伏域之間通信的最佳選擇，因?yàn)樗鼈儽ＷC了固有的電流隔離。光以太網(wǎng)提供今天的 100 Mbps 和 1 Gbps 以太網(wǎng)兼容解決方案，并在未來(lái)提供多千兆，有足夠的余量來(lái)承受惡劣的汽車環(huán)境。

可靠流暢的網(wǎng)絡(luò)集成

POF 電纜是最可靠的解決方案：它們可以承受惡劣的環(huán)境、振動(dòng)、錯(cuò)位、臟污、潮濕、廣泛的溫度范圍等。此外，POF 允許快速動(dòng)態(tài)彎曲、緊密靜態(tài)彎曲和浸入液體中。此外，光以太網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生噪音，并且可以在嘈雜的環(huán)境中運(yùn)行，例如在射頻電子板中。POF作為直徑較大的塑料光纖，制造和安裝更具成本效益：安裝簡(jiǎn)單，即插即用；纏繞和夾緊類似于銅纜。而且，在汽車組裝過(guò)程中，光線束可以與銅線束在同一過(guò)程中安裝。POF 已經(jīng)在車輛中使用了十多年，并且安裝在數(shù)百萬(wàn)輛汽車中沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。

光連接用例

如下，一組用例展示了如何使用光網(wǎng)絡(luò)解決混合動(dòng)力汽車 (HEV) 和電動(dòng)汽車 (EV) 動(dòng)力系統(tǒng)中由 EMI/EMS 或銅基網(wǎng)絡(luò)缺乏電流隔離引起的問(wèn)題的示例）。

用例：HEV/EV 動(dòng)力系統(tǒng)中的噪聲傳播

混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)需要在汽車周圍放置多個(gè)電子單元。這些電子控制單元 (ECU) 調(diào)節(jié)和控制電池、轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間的電能流動(dòng)。能量流動(dòng)和轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生電噪聲，這將影響汽車的其他領(lǐng)域，例如今天的信息娛樂(lè)或?qū)Ш较到y(tǒng)以及明天的自主控制系統(tǒng)。

通過(guò)光學(xué)連接 ECU，可以在 ECU 內(nèi)隔離產(chǎn)生它的每個(gè)噪聲，避免其傳播到分散在汽車各處的所有其他 ECU。試圖通過(guò)基于銅線的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)類似的隔離非常困難且成本高昂，這意味著更長(zhǎng)的工程開(kāi)發(fā)周期和更昂貴、更復(fù)雜的 ECU，進(jìn)而可能導(dǎo)致更低的可靠性。

圖 2：HEV/EV 動(dòng)力系統(tǒng)中的噪聲傳播

用例：電池管理系統(tǒng)中的電流隔離

EV 或 HEV 中的推進(jìn)電池被分組到需要控制的集群中。負(fù)責(zé)這種控制的是所謂的電池管理系統(tǒng) (BMS)。BMS 與每個(gè)電池組通信，以收集與控制相關(guān)的信息，例如充電狀態(tài)或電池溫度。BMS 依次向每個(gè)集群內(nèi)的本地 ECU 發(fā)送控制命令。

圖 3：塑料光纖提供固有的電流隔離

雖然集群和控制模塊之間來(lái)回移動(dòng)的數(shù)據(jù)量不是很高（通常低于100 Mbps），但BMS控制模塊和各個(gè)集群之間的通信至關(guān)重要，需要非常可靠。這些 BMS 鏈接對(duì)于避免電池?fù)p壞至關(guān)重要，并且必須適用于碰撞或火災(zāi)等緊急情況。

BMS 控制模塊和電池組之間的光鏈路是確保所需高可靠性的最佳手段。基于銅纜的通信會(huì)產(chǎn)生寄生回路，在發(fā)生緊急事件時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致駕駛員和乘員處于危險(xiǎn)狀態(tài)。諸如塑料光纖之類的電介質(zhì)將數(shù)據(jù)電纜對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)抗擾度的貢獻(xiàn)降低到零。可以優(yōu)化輻射發(fā)射和輻射抗擾度，以充足的余量通過(guò)光學(xué) PHY 供應(yīng)商提供的高質(zhì)量參考設(shè)計(jì)的所有 OEM 規(guī)范。

圖 4：電池組分組為一系列電氣獨(dú)立的集群

用例：48 伏啟動(dòng)寄生高能脈沖

基于 48 伏的能源網(wǎng)絡(luò)或混合的 12-48 伏拓?fù)洮F(xiàn)在并將繼續(xù)成為 HEV 和插電式混合動(dòng)力汽車 (PHEV) 動(dòng)力系統(tǒng)的主流。連接到車輛底盤并為高低壓 ECU 所共用的電氣接地會(huì)在此類動(dòng)力系統(tǒng)中持續(xù)發(fā)生的啟動(dòng)事件中產(chǎn)生問(wèn)題。

例如，信息娛樂(lè)系統(tǒng)與能源生產(chǎn)和控制系統(tǒng)共享電氣接地。啟動(dòng)時(shí)流經(jīng)底盤的高返回電流通過(guò)電纜屏蔽耦合到信息娛樂(lè)低壓系統(tǒng)，電纜屏蔽連接到車輛的同一電氣接地。銅纜屏蔽為各種 ECU 的電流提供了一個(gè)平行的返回路徑（替代底盤）。因此，在典型的跨接啟動(dòng)期間，可以在電纜屏蔽層中測(cè)量到高于 8 安培的電流。

如果信息娛樂(lè)系統(tǒng)或 ADAS 等低壓系統(tǒng)中的 ECU 之間的通信鏈路是光學(xué)的，那么原生電流隔離會(huì)將它們與高壓/高能量系統(tǒng)及其相關(guān)事件隔離，從而保持其可靠性。

圖 5a：1. 800-900 A 電流在跨接啟動(dòng)時(shí)與底盤一起循環(huán)

圖 5c：感應(yīng)脈沖在 STP 屏蔽上產(chǎn)生 8 A 電流。

圖 5b：浪涌電流產(chǎn)生 400 V 機(jī)箱電位，耦合到 STP 數(shù)據(jù)鏈路。

圖 5d：主機(jī)損壞。

圖形顯示了汽車的底盤，該底盤使用 48 伏作為電壓電平為不同區(qū)域的不同電子單元供電。在這種情況下，兩個(gè)電子單元（ISG/BMS 和 FRAD）顯示在汽車的兩個(gè)不同位置；然而，它們通過(guò)底盤進(jìn)行電氣連接，底盤具有特定的寄生電阻（0.5 毫歐）。

圖形還顯示了與汽車中的信息娛樂(lè)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)主機(jī)單元。它們還通過(guò)不同的接地樹(shù)連接到機(jī)箱，并在它們之間通過(guò)屏蔽雙絞線（銅線）連接。

用例：48 伏/12 伏系統(tǒng)中的故障保護(hù)

混合 48 伏/12 伏能源系統(tǒng)將成為下一代 HEV 和 PHEV 汽車的主流。48 伏特為啟動(dòng)器、交流發(fā)電機(jī)或電池模塊等“饑餓”的電氣模塊保留，而 12 伏特則專用于更“精密”的電子模塊，如信息娛樂(lè)系統(tǒng)或 ADAS 處理單元。兩個(gè)域共享同一個(gè)地面系統(tǒng)，即汽車底盤。

48 伏域中的 ECU 設(shè)計(jì)有適合此類電壓的電子元件。這些組件的額定電壓通常超過(guò) 70 伏。12 伏 ECU 設(shè)計(jì)有支持高達(dá) 60 伏電壓的電子元件。如果 48 伏 ECU 發(fā)生接地丟失等事件，并且如果 48 伏和 12 伏域之間存在非電流隔離鏈路，則兩個(gè)域之間將存在電氣路徑。這將使 12 伏 ECU 及其組件暴露在高于它們額定支持的電壓下，從而導(dǎo)致故障或縮短其使用壽命。

圖 6：故障模式

電流隔離在光網(wǎng)絡(luò)中是固有的，這意味著無(wú)需包括防止此類事件的保護(hù)措施，也無(wú)需設(shè)計(jì) 12 伏 ECU 以承受 48 伏或更高的潛在事件。

用例：EMC 合規(guī)性

EMC 認(rèn)證是 TIER-1 和 OEM 平臺(tái)驗(yàn)證的關(guān)鍵步驟之一。通信速率高于 100 Mbps 的銅質(zhì)鏈路需要復(fù)雜且昂貴的解決方案來(lái)符合嚴(yán)格的 OEM 的 EMC 規(guī)范：高質(zhì)量屏蔽、受控雙絞線、復(fù)雜的直插式連接器等。光端口可以更輕松地通過(guò) EMI 和 EMS . 這直接影響線束和連接器的成本，更不用說(shuō)分配給開(kāi)發(fā)和調(diào)試階段的工程資源了。

首款汽車千兆以太網(wǎng)收發(fā)器

KD1053 IC 是第一個(gè)完全集成的汽車收發(fā)器，它實(shí)現(xiàn)了基于 POF 的千兆以太網(wǎng)物理層。它絕對(duì)滿足汽車制造商的需求：

根據(jù) 1000BASE-RH (IEEE Std 802.3bv TM -2017)在標(biāo)準(zhǔn) SI-POF、MC-POF 或 PCS 上以 1000/100 Mbps 的速率傳輸數(shù)據(jù)

支持多個(gè)數(shù)字主機(jī)接口的靈活連接

用于配置和監(jiān)控的 SMI (MDC/MDIO) 接口支持第 22 和 45 條，也可以配置為 I 2 C 總線

SPI/I 2 C 主接口，用于讀取外部引導(dǎo)和配置 EEPROM 存儲(chǔ)器

支持 OAM、喚醒和睡眠、中斷生成

支持最大 10 KB 的巨型數(shù)據(jù)包

PTP 支持和 SyncE 時(shí)鐘生成支持。

用于診斷的不同環(huán)回模式和 PMD 測(cè)試模式

鏈路/活動(dòng)監(jiān)控和速度 LED 輸出

完全集成的數(shù)字自適應(yīng)非線性均衡器

對(duì)于 1 Gbps 和 100 Mbps 操作模式，BER < 10 -12

1 Gbps 操作的延遲為 6.2 毫秒，100 Mbps 的延遲為 1.4 毫秒（本地 RGMII 到遠(yuǎn)程 RGMII）；1 Gbps 運(yùn)行時(shí) 5 ns RMS 抖動(dòng)，100 Mbps 時(shí) 9 ns

1 Gbps 操作的鏈接時(shí)間為 55 毫秒

內(nèi)部可靠性功能：電源和溫度傳感器、FOT 輸入電源監(jiān)控

具有集成線性穩(wěn)壓器的高級(jí)電源管理

低功耗，1 Gbps 時(shí)為 460 mW，帶串行接口

低成本物料清單 (BOM)

旨在符合 OEM 最嚴(yán)格的 EMC 規(guī)范。

汽車 AEC-Q100 2 級(jí)

-40 至 +105°C 環(huán)境溫度范圍

56 引腳 QFN（7 x 7 毫米）ROHS 封裝

審核編輯：郭婷