NXP车载以太网跟工业以太网异同及应用

汽车智能化、网联化，甚至自动驾驶大浪已经来临；浪潮带来的是ADAS技术的不断革新、高品质车载娱乐影音的影音推进、以及OTA远程升级、V2X、大数据、云计算等一系列技术的发展；这推进了车载网络容量需求的爆发式发展，显然这已经超出了CAN或FlexRay等传统车载网络的历史使命。这也正是以太网与汽车深度拥抱集成的契机。

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车载以太网简介

目前，车载以太网的技术标准是基于单对双绞线以太网的BroadR-Reach（BRR）或OABR（OpenAlliance BroadR-Reach）技术，IEEE已经完成对100Mbit/s（100Base-T1）车载以太网技术的标准化，正在对1Gbit/s传输速度的车载以太网进行标准化。

2车载以太网跟工业以太网异同

车载以太网使用单对非屏蔽电缆以及更小型紧凑的连接器，使用非屏蔽双绞线时可支持15m的传输距离(对于屏蔽双绞线可支持40m)，这种优化处理使车载以太网可满足车载EMC要求。100M车载以太网的PHY采用了1G以太网的技术，可通过使用回声抵消在单线对上实现双向通信。

车载以太网（100Base-T1）的物理层与标准的100BASE-TX的物理层主要区别有：

• 与100BASE-TX所使用的扰频器相比，车载以太网数字信号处理器（DSP）采用了高度优化的扰频器，可以更好地分离信号，比100BASE-TX系的频谱效率更高；

• 车载以太网的信号带宽为66.7MHz，只有100BASE-TX系统的一半。较低的信号带宽可以改善回波损耗，减少串扰，并确保车载以太网可满足汽车电磁辐射标准要求；

车载以太网的MAC层采用IEEE 802.3的接口标准，无需做任何适配即可无缝支持广泛使用的高层网络协议（如TCP/IP）。

3车载以太网发展趋势

随着越来越多的传感器、控制器以及接口对带宽的要求越来越高，车内不同的计算单元和不同的域之间彼此通信的需求越来越强，车载电子也变得日益复杂，这直接导致了对车内连线使用上的增长。

如今，车内线束在重量上是继底盘和引擎之外占第三位的部分，这就决定了，降低线束重量的技术将会直接改善燃油使用的经济性。而车载以太网承载在单线对非屏蔽双绞线的传输介质上，使用更小巧紧凑的连接器，可减少高达80%的车内连接成本和高达30%的车内布线重量。

随着车载以太网发展，车载以太网领域里最为重要的OPEN联盟成员已增长到300个，包括汽车领域里众多的汽车厂商、一级供应商、芯片商、技术公司以及研究机构等。中国车企和供应商也在积极关注并逐渐采用OPEN联盟的技术，在OPEN联盟中已有一汽集团、北汽、长城、泛亚、华晨、恒润、航盛以及中国信息通信研究院等十几家中国成员。全世界采用OABR技术的主流汽车制造商的数量正在增长，已有多个车型上采用了车载以太网，包括宝马公司的X3、X4、X5、X6、i3、i8、6系以及7系、捷豹的XJ和XF、以及大众的帕萨特等。

4NXP车载以太网Switch和PHY芯片

作为汽车电子领域举足轻重的半导体NXP，为车载以太网应用提供了Switch、PHY一系列解决方案。

图1 NXP 100Base-T1 PHY芯片

TJA1100：符合OABR的单端汽车以太网PHY收发器

TJA1100符合开放联盟Broad-R Reach标准。单端口以太网PHY收发器的设计完全符合汽车应用的需求。它支持100 Mbit/s的传输，接收能力达非屏蔽双绞线(UTP)15米以上。TJA1100可实现最低的系统成本，并满足新一代电子控制单元(ECU)和高级驾驶员辅助系统(ADAS)的传感器对面积和散热方面的严格限制。TJA1100符合AEC-Q100 1级，设计初衷是最小的封装尺寸、最少的外部组件开销和低功耗。

TJA1100主要特点：

• 单电源3.3V供电

• 支持MII、RMII接口

• 错误诊断

• 低功耗

• 6*6mm小封装

• 汽车级认证

TJA1102/TJA1102S：符合IEEE 100BASE-T1标准的双路以太网PHY收发器

TJA1102 (TJA1102S)是符合IEEE 100BASE-T1 标准高度集成的双(分别为单个)端口以太网PHY收发器。

TJA1102/TJA1102S主要特点：

• 双路100Base-T1车载以太网收发器

• 单电源3.3V供电，内部集成1.8V LDO或外部提供可选

• 支持MII、RMII接口

• 错误诊断

• 低功耗

• 8*8mm小封装

• 汽车级认证

图2 NXP以太网switch芯片

SJA1105EL/SJA1105PEL/QEL/REL/SEL：5端口AVB汽车以太网交换机

SJA1105EL以太网交换机提供灵活的解决方案，可实现模块化和成本优化的ECU，能够支持任何车载连接要求。通过利用5 Gbps交换吞吐量，每个SJA1105EL端口可以采用10、100和1000 Mbps之间的数据传输速率独立运行。所有端口上的标准接口可轻松连接任何类型的以太网PHY。例如恩智浦的TJA1100、光收发器或用于诊断应用和工业自动化市场的通用10/100/1000BASE-TX PHY。SJA1105EL完全支持音/视频桥接等关键汽车标准，并提供先进的汽车诊断。

SJA1105PEL/QEL/REL/SEL汽车千兆以太网交换机系列扩展了SJA1105EL/TEL交换机的功能，改进了安全特性，扩展了接口选项。

• 新的帧列表特性将交换机数据处理限制在已知源内，可防止转发错误或恶意数据。

• 更新后的接口提供了IO扩展电压选项和新的SGMII接口。

• 该交换机符合IEEE AVB。QEL和SEL版本支持扩展的TSN特性。

• 恩智浦原装AUTOSAR驱动程序和AVB SW堆栈适用于本系列。

SJA1105主要特点：

• 12*12mm小封装

• 集成5个(G)MACs，每个端口可独立灵活配置

• 支持MII、RMII、RGMII接口

• 通过SPI管理配置

• 支持4096 VLAN以及1024广播MAC地址

• 支持AVB AS、Qav、Qat

• 支持IEEE 1588

图3 以太网switch、PHY典型应用

ZLG有丰富开发配套资料及demo开发板（集成switch、PHY），以及方便调试的转接工具（车载2线以太网转4线工业以太网水晶头）。

图4 以太网开发板

图5 以太网调试转接板

车载以太网的优势以及应用趋势，能填补新形势下的车载网络需求空白，让我们一起期待这一时代的到来。