對高速汽車網(wǎng)絡的需求正在增加并達到更高的復雜程度，以支持駕駛員安全、減少環(huán)境負荷并提高乘客舒適度。然而，進一步提高標準的是采用高清攝像頭進行停車輔助、鳥瞰視覺系統(tǒng)、雷達和激光雷達以增強 ADAS 系統(tǒng)。隨著行業(yè)轉(zhuǎn)向全自動駕駛汽車，連接性發(fā)揮著至關重要的作用。用于車載網(wǎng)絡的傳統(tǒng)總線，如 LIN、CAN 和 CAN-FD，在速度和帶寬方面已達到極限。

同時，所有這些系統(tǒng)和子系統(tǒng)都需要復雜的布線網(wǎng)絡。隨著汽車制造商從內(nèi)燃機 （ICE） 轉(zhuǎn)向所有電動汽車 （EV） 以滿足環(huán)保目標，減少電纜尺寸和重量增加了挑戰(zhàn)。畢竟，更輕的電動汽車會增加電池的續(xù)航里程。在這種情況下，以合適的成本使用更細、更輕的電纜滿足高帶寬、低延遲、確定性、穩(wěn)健和可靠通信的需求，促使汽車制造商權衡使用以太網(wǎng)的利弊。

以太網(wǎng)已經(jīng)在辦公室和家庭環(huán)境中得到廣泛使用，其重要的表親工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)為物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 帶來了生機。然而，它在汽車環(huán)境中用于以太網(wǎng)的用途僅限于非關鍵系統(tǒng)?；趦蓚€差分對的傳統(tǒng) 100BASE-TX 以太網(wǎng)電纜過于昂貴。另一方面，CAT 5 電纜不符合汽車 EMI 標準，因此無法用于車載網(wǎng)絡，只能用于診斷。

為了滿足重量、EMI 和成本要求，電氣和電子工程師協(xié)會 （IEEE） 定義了 IEEE 802.3bw 標準，也稱為 100BASE-T1?；诜瞧帘坞p絞線 （UTP） 電纜的汽車以太網(wǎng)標準正在成為車載網(wǎng)絡的骨干，提供 100Mbps 并取代明顯較慢的 CAN 和 CAN-FD 總線協(xié)議。在 1Gbps 時，速度更快的 1000BASE-T1 標準 IEEE 802.3bp 將解決當前和下一代架構(gòu)中的帶寬瓶頸。

自 2011 年成立以來，OPEN（一對以太網(wǎng)）聯(lián)盟特別興趣小組（SIG） 在汽車以太網(wǎng)的廣泛采用中發(fā)揮了關鍵作用，建議使用 100BASE-T1 和 1000BASE-T1 UTP。它建立了開放的汽車以太網(wǎng)標準 （BroadR-Reach），現(xiàn)在 OEM 和一級供應商將其作為其指定要求的一部分加以引用。而且，通過與 IEEE 和 ISO 等其他行業(yè)標準機構(gòu)保持密切聯(lián)系，汽車以太網(wǎng)的適應性正在激增。

最初用于診斷的汽車以太網(wǎng)可以優(yōu)化和簡化應用程序和網(wǎng)絡，以提高數(shù)據(jù)傳輸速度。網(wǎng)絡速度的提高意味著信號質(zhì)量至關重要。車輛內(nèi)的不同系統(tǒng)已從商品產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩a(chǎn)品。例如，在過去，倒車攝像頭不被視為車輛內(nèi)的關鍵部件，具有自動駕駛功能；然而，這一切都改變了，你不能讓這些系統(tǒng)出現(xiàn)故障。在這里，信號不會受到損害或丟失。

EMC 對策在汽車設計中發(fā)揮著不可或缺的作用。為了開發(fā)精確、準確和安全的解決方案，工程師必須盡量減少共模噪聲，這在差分傳輸線中會成為問題。例如，您的電路板上可能靠近電源。在運行過程中，它可能會向地線發(fā)送浪涌，導致電壓升高，從而將共模噪聲引入信號線。這種噪音會破壞音頻、視頻、數(shù)據(jù)和通信信號，并損壞互連設備。共模噪聲也可能來自其他地方并饋入線路。

使用共模扼流圈濾除共模頻率會產(chǎn)生一個非常干凈的信號，其中只有所需的頻率。如果所選組件不符合正確的過濾要求，它們可能會導致系統(tǒng)出現(xiàn)問題——例如，備用攝像機的視頻流無法通過。至關重要的是，讓數(shù)據(jù)再次通過需要滿足的某些參數(shù)。因此，電路設計人員在選擇共模扼流圈時需要小心謹慎；選擇符合 OPEN Alliance 散射參數(shù)或 S 參數(shù)標準嚴格要求的產(chǎn)品至關重要。

S 參數(shù)測試將 xBASE-T1 UTP 視為平衡傳輸線，并檢查反射不會導致過度的功率損耗或模式轉(zhuǎn)換，從而破壞信號。測試包括：

Sdd21——輸入差分插入損耗，表示差模傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量損耗

Scc21 – 共模衰減，表示噪聲抑制性能

Sdd11 – 輸入差分回波損耗測量反射的 dB 幅度，表示功率損失

Ssd21 – 差分共模抑制測量收發(fā)器側(cè)以 dB 為單位的幅度

由于 S 參數(shù)隨測量頻率而變化，因此除了特性阻抗或系統(tǒng)阻抗之外，還必須指定頻率。

為了說明選擇符合 OPEN Alliance 標準的共模扼流圈的重要性，我們比較了 TDK 的 ACT1210 系列中的兩個組件。ACT1210L-201 符合 OPEN Alliance 100BASE-T1 標準，而用于 CAN-BUS 的 ACT1210-110 則不符合這些標準。

圖 1：用于 CAN-BUS 的 ACT1210-110 與用于汽車以太網(wǎng)的 ACT1210L-201 的比較

從 S 參數(shù)（圖 1）的比較中可以看出，不符合標準的 ACT1210-110 組件無法滿足 OPEN Alliance 標準。不是為汽車以太網(wǎng)設計的組件具有較差的 EMI 噪聲抑制和 BCI 抗擾度。因此，噪聲可能會被輻射并干擾信號，這可能會影響其他通信。S參數(shù)的Sdd21特性具有波形質(zhì)量，Scc21特性具有EMC抑制作用，Ssd21（DCMR）特性是影響B(tài)CI電阻的參數(shù)。因此，需要選擇與模式轉(zhuǎn)換特性 DCMR （Ssd21） 兼容的共模扼流圈，同時確保符合 OPEN Alliance S 參數(shù)標準的高電感值。

因此，TDK 提供了廣泛的先進產(chǎn)品組合來解決這個問題，包括符合 OPEN 聯(lián)盟標準的共模扼流圈。ACT1210L （100BASE-T1） 和 ACT1210G （1000BASE-T1） 系列在行業(yè)中獨一無二的方式是基于鐵氧體磁芯材料的選擇和所使用的繞組技術之間的混合。TDK 擁有豐富的經(jīng)驗，并根據(jù)其傳統(tǒng)的鐵氧體材料定義了最適合信號濾波的核心材料。自動繞線系統(tǒng)使用一種消除電容的技術，這種技術通常在繞線過程中引入。它還抵消了來自核心材料本身的損失。與手動上弦相比，使用自動上弦的另一個好處是設計可重復且一致，確保批次之間的電氣性能沒有漂移。該組件的整體結(jié)構(gòu)也非常堅固。我們使用激光焊接來確保組件的良好端接，在回流焊接過程中不會受到影響。

ACT1210L 和 ACT1210G 系列實現(xiàn)了行業(yè)領先的性能特征，特別是在滿足 Ssd21 要求的模式轉(zhuǎn)換能力方面。這些符合 AEC-Q200 標準的無源元件采用緊湊的 3225 尺寸格式，支持 -40°C 至 +125°C 的工作溫度范圍。ACT1210L 可以實現(xiàn)高水平的 Scd21 模式轉(zhuǎn)換特性，同時在 100kHz 時保持高達 200μH 的高電感值。針對更快的 1000BASE-T 應用，具有相同 3225 封裝的 ACT1210G 還實現(xiàn)了高 S 參數(shù)，在 100kHz 時電感值為 80μH。

圖 2：ACT1210G 共模扼流圈的 S 參數(shù)以及它們與 OPEN 聯(lián)盟限制的比較

結(jié)論

目前，汽車以太網(wǎng)剛剛興起，幾乎所有車輛都將其用于診斷。隨著越來越多的攝像頭、雷達、激光雷達和其他傳感器設備用于關鍵車載系統(tǒng)，將需要更快的速度和更高的處理能力，這將進一步推動汽車以太網(wǎng)的使用。這與行業(yè)轉(zhuǎn)向更多的 L3 和 L4 自治系統(tǒng)是一致的。

TDK在信號濾波領域擁有多年經(jīng)驗。在開發(fā)汽車級 ACT1210 共模扼流圈時，我們的工程師在將其推向市場之前與半導體制造商密切合作。這使我們能夠了解 Tier-1 和其他 OEM 要求的過濾要求和可用的 PCB 尺寸——一種三角關系。

對于共模扼流圈，TDK 超越了汽車行業(yè)的要求。我們的汽車級以太網(wǎng)組件在我們位于日本的內(nèi)部設施中進行了過度測試，以達到標準中規(guī)定的更嚴格的限制線。此外，組件的整體結(jié)構(gòu)非常堅固。

審核編輯：郭婷