作者：Mike Jones. 麦瑞公司局域网处理计划营销总监
选用经过 ISO 13400 在 IP 上确诊的作法，让以太网在当今轿车范畴完结广泛运用，比照规范以太网的物理接口，这种 IP 确诊办法可更快速地完结从头编程。可是，由于轿车制造商将其选作为无处不在的车载网络总线，故应战仍旧存在。包含摄像头体系在内的先进驾驭辅佐体系 (ADAS) 是业界正寻求以太网优势最大化的运用之一。
为何应该考虑依据以太网的衔接而弃用模仿或 LVDS 办法？ 尤其是在摄像头和中心单元的处理本钱均更高的状况下（图 1）。有许多逾越这一衡量规范的要害要素终究都能供给更低的本钱和更高的功用。
其间一个要害要素便是，支撑选用低本钱非屏蔽双绞线可明显下降线缆本钱。此外，有源以太网 (PoE) 运用依据规范的 100BASE-TX 以太网，因而无需再运用额定的电缆。可是，以太网的真实价值绝非限是削减资料清单罢了。以太网的终究目标是以无缝、跨域通讯的办法供给无处不在的单一车载网络——在整个轿车范畴（包含底盘、动力体系、车身、信息文娱体系和 ADAS）内运用一起的数据流和实体前言（线缆）。现在，可以在单一网络上支撑域内和跨多域信息同享且无需桥接，这可以极大地下降本钱和复杂性。简而言之，以太网是一种网络技能；不管对轿车范畴、顾客、企业仍是职业而言，这便是其最大价值，也是其在任何商场都能下降本钱的原因。
车载衔接是车内运用中最严重的应战，故 ADAS 摄像头规划例子了其面临的首要应战：
1. 图画质量会遭到摄像头发生的热噪声的直接影响。在缺少所需空间约束的状况下，改进的热功耗和更低的功率等要素对到达所需功用至关重要。
2. 由于电噪声也会下降传感器图画质量，因而有必要做到低噪声。测验运用所需的低本钱非屏蔽线缆时，则带来满意轿车 EMC 排放要求的另一大应战。
3. 有必要据守对轿车商场的质量和牢靠性的要求。轿车是一种要求苛刻的环境，载客车辆、商用车辆和工业车辆的考量都不同。
4. 在整部车上布置传感器的需求更胜以往，导致此类运用面临着越来越多的空间约束。各类 ADAS 运用所带来的对零丧命事端的微弱需求更推升了此类需求。例如，防磕碰、交通讯号灯、路标和行人辨认等。
处理计划：依据以太网的 ADAS
麦瑞找来了轿车传感器专业厂商 Silicon Micro Sensors (SMS) 一起针对要求最严厉的轿车和工业运用规划了一个“出产安排妥当型”处理计划，其特色包含：百万像素级 (720p) 的高动态规划 (HDR) 摄像头、视界规划从 55° 到 190°、MJPEG 视频紧缩、以太网 AVB 和有源以太网支撑、低本钱非屏蔽双绞线、可达 IP68/IP6k9 规范，防水、防刮、防雾。摄像头适用于载客车辆、商用车辆和工业车辆，运用规划包含全景可视和后视、侧视和后视镜替换、交通标志、盲点、行人勘探和车道违背辅佐等。
该处理计划清楚证明了规范以太网能满意 ADAS 摄像头的需求。该处理计划选用 Quiet-WIRE™ 以太网和 Auto-PoE 技能，是 ADAS 一系列规划中的一种。（图 2）
共供给 Aptina AR0132AT 或 OmniVision OV10635 图画传感器等两种挑选。飞思卡尔 MPC5604 处理器可依据输入的 YUV 数字图画数据供给 MJPEG 紧缩，并经过媒体独立接口 (MII) 衔接到麦瑞 KSZ8061 Quiet-WIRE™ 100BASE-TX 以太网 PHY。麦瑞 DS1001 MEMS 振荡器供给体系守时，并选用经优化过的轿车有源以太网 Auto-PoE 供给电源办理。
以太网直接面临应战
以太网物理层供给一系列可满意 ADAS 摄像头体系需求的优点。选用依据规范的轿车以太网处理计划的一大优点在于，可供给运用独立的最小规范资料清单 (BoM)（图 3）。这可完结逾越任何轿车特定处理计划的规划经济效益，并构成多供货商形式，让挑选面更广，本钱更低。
轿车职业最小的 PHY 由尺度仅有 5mm x 5mm 的麦瑞 KSZ8061 Quiet-WIRE™ 100BASE-TX 以太网收发器供给。有必要保证保持最低极限的电源滤波，而共同的是 PHY 收发器和磁性元件之间的线路接口不需求额定的无源器材。这可在进步信号完整性的一起下降本钱并缩小印刷电路板板上空间。
近年来，合格的轿车以太网磁性元件已大为遍及，也可以运用规范的以太网磁性元件。在此，咱们运用了 TDK 最新推出的以太网磁性元件，其 ALT4352 系列是一种支撑外表黏著技能、以绕线机绕制且尺度有所削减的处理计划，最大高度仅有 2.9mm，十分合适空间有限的摄像头模块。绕线机绕制磁性的元件不只本钱更低，准确性也更高（相对传统手艺绕组而言），并可供给功用更强且愈加共同的功用。
有源以太网的运用
100BASE-TX 磁性元件对完结功用和运送电力平等重要。依据 IEEE 802.3af/at的“幻象供电法”，已不再需求当时选用的装置额定线缆为长途传感器供电的作法，只需经过磁性元件中心抽头供给的直流电压即可供电。这种办法在轿车运用中运用时也可以进一步优化，并在无需任何额定体系本钱的前提下供给一切优点。
首要，由于轿车接线是固定的，因而不再需求运用桥接整流器。其次是选用冗余有源以太网操控器装备（可明显下降本钱）。由于受电端设备 (PD)——在本事例中指摄像头是固定且功率预算已知，因而无需选用相对贵重的操控器来和供电端设备 (PSE) 和谐功率需求。只需供给规范的 DC-DC 稳压器，即可完结摄像头电源办理处理计划（图 4）。选用 Hyper Light Load™ 技能的麦瑞 M%&&&&&%28511 60Vin 3A 同步降压稳压器可供给经降压的一次电压，在待机等低输出功率作业的状况下可保证高功率的作业。
虽然可进行优化和进步本钱效益，但规范轿车运用以太网 PoE 仍可供给由“幻象供电”法所带来的额定优点。摄像头（PD 端）供给共模噪声按捺；PSE (ECU) 宣布的噪声或沿双绞线电缆提取的噪声将作为共模噪声与差动以太网信号耦合，然后完结铲除。此外，摄像头 (PD) 和 ECU (PSE) 接地之间的电流阻隔可避免因电位不同而构成的辐射接地回路；这个问题现已习以为常。还可经过衔接就任何其他 IEEE 802.3af/at PSE 完结互操作性。
在当今商场上，100BASE-TX 以太网供给的 PHY 技能的功率已是最低。与依据千兆比特的技能处理计划相较，其功率和本钱均下降了三倍之多。IEEE 802.3az 节能以太网 (EEE) 的 KSZ8061 支撑为摄像头供给了另一项优点，即在搁置状况下（例如，不传送视频流量时），PHY 可以转换为低功耗睡觉形式。这可以削减功耗达 50% 以上。KSZ8061 以太网 PHY 还可以供给小于 1uA 的工业同类最佳超低待机电流，这是一切电池运用的抱负之选。
此外，KSZ8061 PHY 还供给一个共同的信号检测输出插口，可用于标明活动链路同伴的存在（图 5）。可由信号检测电路主动激活和唤醒 PHY 待机形式。此外，也可经过该输出插口封闭处理器和传感器进行电源办理，并为摄像头模块供给小于 1uA 的长途待机和唤醒电流。
该长途封闭计划能供给各项重要的优点：
与恣意以太网供货商链路同伴完结彻底互操作（在 ECU）待机功耗下降
运用特别波形/序列的备选办法常常要求选用专有施行计划，这会约束其实践运用。在消费范畴，由供货商驱动的网络唤醒 (WoL) 办法便是一个很好的典范。事实上，该范畴很少运用这种办法。从待机功耗视点而言，在物理层上施行检测电路所需的信号处理较少，因而功耗也较少。在该备选典范中，WoL 仍需求 PHY 和部分 MAC 层始终保持通电状况，导致待机功耗到达大约千倍以上。
Quiet-WIRE™ 技能选用 KSZ8061 以太网 PHY，此与非屏蔽双绞线相较可削减 EMI 线路辐射，并契合轿车 OEM 规范。可以布置 CAN 或 FlexRay 等低本钱线缆。线缆也可以选用手艺制造，每个衔接器均装备一段最长 5cm，无需运用护套的非绞线部分，然后供给最低本钱。
有源以太网共模噪声按捺和阻隔摄像头接地可下降电噪声，然后优化摄像头传感器图画质量。其间还包含因选用 KSZ8061 低功耗 100BASE-TX 技能而下降热噪声。下降热耗散不只可改进传感器功用，还可完结更高的安稳性和燃料功率。
摄像头处理计划所用的 Quiet-WIRE™ 技能不只能削减辐射，由于其杰出的电流注入功用，还能供给更超卓的抗干扰功用。在 1MHz 到 400MHz 的整个频率规划内，当呈现 200mA 噪声电流注入时，PHY 收发器彻底未呈现任何过错，此逾越了 OEM 极限。
即便有启用 Quiet-WIRE 辐射过滤，KSZ8061 中增强的 PHY 收发器规划仍可供给最短 130 米的无差错线缆规划。这样的功用对工业和商用车辆十分有利，由于抗干扰功用和线缆规划一般善于 15 米的最大轿车接线长度。
为满意后视摄像头号安全要害 ADAS 运用的需求，KSZ8061 可以在 20ms 内完结通电和链接，无需处理器干涉。此外，KSZ8061 特有的收发器信号质量指示器 (SQI) 也可以实时继续监控线束质量。
摄像头时钟守时由麦瑞 DSC1001 MEMS 25MHz 振荡器供给。MEMS 技能具有杰出的频率温度安稳度，与晶体振荡器相较下可供给高达 20 倍的毛病前均匀时刻和 500 倍以上的抗冲击性，因而十分合适此类运用（图 6）。摄像头规划所用的一切设备都契合规则，或可以彻底满意轿车 AEC-Q100 规范。
总结
各国政府的立法一向致力于改进路途安全状况，此促成了车辆的 ADAS 呈增加的态势。美国国家公路交通安全办理局 (NHTSA) 近期规则，从 2018 年 5 月 1 日开端，一切新造车辆均需到达新的后视规划规范，这是为了避免呈现每年导致 210 人逝世和 15,000 人受伤的均匀现状。欧洲也正谋划推广相似的行动，以完结路途零事端的巨大任务。
ADAS 的应战，特别是摄像头传感器的应战要求极端严厉。有必要兼具功率耗散更强、电噪声最低并能装配到有极大约束的空间内，一起还需满意苛刻的车辆安全、质量和牢靠性要求。实践证明，规范以太网不只可以战胜这些应战，乃至还能带来额定的优点。
从查验这些优点的视点看来，规范以太网明显不只能满意 ADAS 的需求，还能处理本钱应战。要在商场中完结成功布置，一切处理计划均需一起做到商业和技能均可行。这是助力以太网成功跨足多个商场的要害要素：它能以最低的总具有本钱供给网络功用。
您可从 Silicon Micro Sensors 购买文中提及的摄像头模块，该模块为演示套件（包含可经过以太网开关衔接，以便在计算机或笔记本电脑上展现的四个摄像头模块）的一部分。一起还可购买视频剖析仪高档开发和剖析结构软件，除辨认物体外，该软件还可对多达 4 个摄像头进行操控、数据流存储、显现、录像和回放。
Mike Jones：
Mike Jones 从事半导体职业 25 年，具有丰厚的高科技规划经历，他担任麦瑞局域网处理计划轿车和工业产品的营销作业。Jones 先生具有英国伯明翰市阿斯顿大学颁布的电子体系工程一级荣誉硕士学位。此外，他还撰写了很多技能杂志文章，并在全球多个技能和工业刊物上进行宣布。
