作為支持ADAS的設(shè)備,各種傳感器和攝像頭已被逐漸配置于汽車(chē)中?攝像頭數(shù)據(jù)傳輸通常使用LVDS等接口,而傳輸LiDAR等傳感器的數(shù)據(jù)時(shí),采用車(chē)載以太網(wǎng)的案例則正逐漸增多?

辦公用以太網(wǎng)采用了100Base-TX或1000Base-T標(biāo)準(zhǔn),而用于汽車(chē)的以太網(wǎng)則規(guī)定使用100Base-T1或1000Base-T1標(biāo)準(zhǔn)(下圖)?

以太網(wǎng)等的車(chē)載接口采用了外部噪聲的影響較少或輻射較少的差動(dòng)傳輸信號(hào)?

外部噪聲通常會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在兩條差動(dòng)傳輸信號(hào)線上,對(duì)其差分沒(méi)有影響,因此差動(dòng)傳輸信號(hào)線的抗外部噪聲能力較強(qiáng)?

針對(duì)外部噪聲

另外,成對(duì)的信號(hào)線相鄰,因此信號(hào)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消,具有不易向外部輻射噪聲的優(yōu)點(diǎn)?

針對(duì)噪聲輻射

差動(dòng)傳輸線雖然被認(rèn)為不易產(chǎn)生噪聲,但卻會(huì)由于各種因素而產(chǎn)生共模電流,從而引發(fā)噪聲問(wèn)題(下圖)?

由于各種因素而產(chǎn)生共模電流

差動(dòng)傳輸線的特點(diǎn)原本是不產(chǎn)生共模噪聲,但如果兩條線的信號(hào)存在偏斜(時(shí)間偏差)或振幅偏差,則兩條線的信號(hào)均衡將被打破,從而產(chǎn)生共模噪聲(下圖)?

正常的差動(dòng)信號(hào)與存在偏斜時(shí)?有振幅偏差時(shí)的情況

差模:正常的差動(dòng)信號(hào)與存在偏斜時(shí)?有振幅偏差時(shí)的情況

共模:正常的差動(dòng)信號(hào)與存在偏斜時(shí)?有振幅偏差時(shí)的情況

用于以太網(wǎng)的電纜和HDMI?USB等的電纜之間有所區(qū)別?

與成對(duì)信號(hào)線不同,HDMI或USB等的電纜中備有GND線,因此即使產(chǎn)生共模電流,也會(huì)通過(guò)GND線返回,從而使共模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消,不易發(fā)生輻射?相反,以太網(wǎng)未配置GND線,因此共模電流通過(guò)對(duì)地雜散電容返回,從而具有易輻射的傾向?

HDMI?USB等的電纜

電纜中添加了GND線,因此可消除共模電流所產(chǎn)生的部分磁場(chǎng)?所以,因共模電流而產(chǎn)生的輻射減少?

以太網(wǎng)的電纜

以太網(wǎng)的電纜中沒(méi)有GND線,因此無(wú)法消除共模電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)?因共模電流而產(chǎn)生的輻射增大,因此需要通過(guò)元件進(jìn)行靜噪?

車(chē)載以太網(wǎng)等的差動(dòng)傳輸靜噪措施中,共模扼流圈(CMCC)較為有效?共模扼流圈將兩條線以相反方向纏繞在同一卷芯部上,對(duì)于差模電流,兩條線產(chǎn)生的磁通相互抵消,因此不影響差動(dòng)電流,而對(duì)于共模電流,兩條線產(chǎn)生的磁通則相互加強(qiáng),所以可用作電感器?因此,共模扼流圈可在不影響差動(dòng)信號(hào)的基礎(chǔ)上有效降低共模噪聲?

以太網(wǎng)的電纜,可選擇性地僅消除共模噪聲?

在車(chē)載以太網(wǎng)方面,CMCC的均衡也很重要?如果構(gòu)成CMCC的兩條線的線路長(zhǎng)度和繞線方式出現(xiàn)偏差,電流均衡將被打破,模式將發(fā)生轉(zhuǎn)換,從而可能產(chǎn)生共模噪聲?因此,應(yīng)選用兩條線采用了均衡設(shè)計(jì)的CMCC?

用于車(chē)載以太網(wǎng)的CMCC的注意事項(xiàng)

如果兩個(gè)線圈之間的CMCC線路長(zhǎng)度等存在偏差,則可能因模式轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生新的共模噪聲?應(yīng)選擇模式轉(zhuǎn)換較少的元件?

作為最適合1000Base-T1靜噪的CMCC,DLW32MH101XT2已被作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)?該村田產(chǎn)品具有適用于1000Base-T1的阻抗值,并采用了不易發(fā)生模式轉(zhuǎn)換的均衡設(shè)計(jì)?

村田使用1000Base-T1 EMC評(píng)估板進(jìn)行了傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量(150Ω法)?

傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量

傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量條件如下表:

從1000Base-T1 EMC評(píng)估板的信號(hào)線中提取共模噪聲,用EMI接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量?此次通過(guò)更換CMCC進(jìn)行了噪聲比較?

不同CMCC的降噪效果比較

用于評(píng)估的CMCC使用了1000Base-T1用產(chǎn)品DLW32MH101XT2,比較對(duì)象使用了100Base-T1用產(chǎn)品DLW43MH201XK2,CAN使用了產(chǎn)品DLW32SH101XK2?(注:減少傳導(dǎo)發(fā)射時(shí)所使用的CMCC中,DLW32SH101XK2已停止生產(chǎn))?

對(duì)比元件的傳輸特性,包括:

• Sdd21(差模傳輸特性)

• Scc21(共模傳輸特性)

• Sdd11(差模反射特性)

• Ssd12(模式轉(zhuǎn)換特性)

傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量結(jié)果顯示,1000Base-T1用產(chǎn)品DLW32MH101XT2的噪聲抑制效果最為明顯,且滿足限值要求?而DLW43MH201XK2?DLW32SH101XK2則未能在滿足限值要求之前抑制噪聲?

傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量結(jié)果

噪聲抑制效果因CMCC而不同的原因,可能是受到CMCC模式轉(zhuǎn)換特性Ssd12的影響?Ssd12值較高時(shí),輸入的差模信號(hào)轉(zhuǎn)換為共模噪聲的比例將增加,從而導(dǎo)致噪聲水平增高?

噪聲產(chǎn)生機(jī)制

Scc21在低頻段抑制共模噪聲的程度?Ssd12的模式轉(zhuǎn)換特性在高頻段減少共模轉(zhuǎn)換量的程度,將可能影響傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量結(jié)果?

降噪要點(diǎn)

通過(guò)評(píng)估CMCC,村田了解了進(jìn)行評(píng)估時(shí)評(píng)估板設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)?

將用于1000Base-T1的同一CMCC樣品貼裝到相同條件的評(píng)估板后,結(jié)果顯示二者噪聲水平有所不同,其中一個(gè)評(píng)估板變?yōu)镹G狀態(tài)?

即使是相同的CMCC樣品,也可能因評(píng)估板狀態(tài)而出現(xiàn)NG的情況?

評(píng)估板設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

通過(guò)對(duì)評(píng)估板的傳輸線路特性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)CMCC輸出端的模式轉(zhuǎn)換特性有所不同,評(píng)估板#2的值較高(上圖)?

發(fā)生模式轉(zhuǎn)換的部分

傳導(dǎo)噪聲水平因評(píng)估板而異的原因在于,通過(guò)CMCC后的差模信號(hào)在評(píng)估板上轉(zhuǎn)換成了共模噪聲?

引發(fā)模式轉(zhuǎn)換的因素可能包括CMCC輸出端的電阻?電容器和電路板引線等,因其特性偏差而導(dǎo)致了不均衡現(xiàn)象的發(fā)生?

模式轉(zhuǎn)換發(fā)生機(jī)制

因此,對(duì)于CMCC以外的部分也應(yīng)注意保持各條線的特性均衡?

可能引發(fā)模式轉(zhuǎn)換的因素

作為對(duì)比驗(yàn)證,我們還測(cè)量了100Base-T1的傳導(dǎo)發(fā)射?

對(duì)100Base-T1進(jìn)行了相同的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量后,發(fā)現(xiàn)用于CAN的DLW32SH101XK2超出限值,而100Base-T1用產(chǎn)品DLW43MH201XK2則能充分有效地抑制噪聲且滿足限值要求?

100Base-T1和1000Base-T1的傳導(dǎo)發(fā)射

村田使用與傳導(dǎo)發(fā)射相同的1000Base-T1 EMC評(píng)估板進(jìn)行了DPI(Direct Power Injection)試驗(yàn)?

抗擾度(DPI)試驗(yàn)對(duì)策

抗擾度(DPI)試驗(yàn)測(cè)量條件如下表:

從外部向1000Base-T1 EMC評(píng)估板的信號(hào)線注入共模噪聲,在控制PC中確認(rèn)了是否發(fā)生通信錯(cuò)誤?

抗擾度(DPI)試驗(yàn)對(duì)策

與傳導(dǎo)發(fā)射相同,該試驗(yàn)使用了用于1000Base-T1的CMCC,即DLW32MH101XT2?用于100Base-T1的DLW43MH201XK2,以及用于CAN的DLW32SH101XK2進(jìn)行了評(píng)估?

對(duì)比元件的傳輸特性,包括:

• Sdd21(差模傳輸特性)

• Scc21(共模傳輸特性)

• Sdd11(差模反射特性)

• Ssd12(模式轉(zhuǎn)換特性)

1000Base-T1的DPI試驗(yàn)結(jié)果:

在2MHz以下的低頻段中,雖然電平會(huì)因CMCC不同而產(chǎn)生差異,但除此之外的其他表現(xiàn)并無(wú)差異,滿足了所有限值?

1000Base-T1的DPI試驗(yàn)結(jié)果

在2MHz以下頻段,因CMCC而出現(xiàn)的不同可能取決于Scc21因素?因模式轉(zhuǎn)換特性而產(chǎn)生的差異并未影響DPI試驗(yàn)?

1000Base-T1的DPI試驗(yàn)結(jié)果

繼1000Base-T1之后,在100Base-T1下進(jìn)行的DPI試驗(yàn)結(jié)果(下圖)顯示,用于100Base-T1的CMCC滿足限值要求,而使用用于CAN的CMCC時(shí),不僅在1MHz以下低頻段的表現(xiàn)遜色于用于100Base-T1的CMCC,且在8~60MHz范圍內(nèi)還低于限值,結(jié)果為NG?

100Base-T1的DPI試驗(yàn)結(jié)果

在2MHz以下頻段的不同可能取決于Scc21因素?此外,在8~60MHz頻段的不同則可能取決于模式轉(zhuǎn)換特性?

100Base-T1的DPI試驗(yàn)結(jié)果

在100Base-T1下,CMCC的模式轉(zhuǎn)換特性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了影響,其原因可能在于從外部注入的共模噪聲轉(zhuǎn)換為差模噪聲,使信號(hào)波形失真,進(jìn)而引發(fā)通信錯(cuò)誤?

噪聲侵入機(jī)制

與傳導(dǎo)發(fā)射相同,除CMCC以外,因評(píng)估板上不均衡的設(shè)計(jì)而發(fā)生的模式轉(zhuǎn)換也會(huì)產(chǎn)生影響,因此進(jìn)行評(píng)估板設(shè)計(jì)時(shí)需要加以注意?可能引發(fā)模式轉(zhuǎn)換的因素示例見(jiàn)下圖:

評(píng)估板設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)