一、技術簡介

1.1名詞解釋

車載以太網是一種連接車內電子單元的新型局域網技術，在單對非屏蔽雙絞線上可實現 100 Mbit/s 甚至 1 Gbit/s 的數據傳輸速率，同時滿足汽車行業高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲以及同步實時性等方面的要求。

1.2基本技術原理

車載以太網技術是在我們消費領域的以太網技術上發展過來的，是在物理層進行了優化以適應汽車電子要求的一種技術。

我們常用的以太網和車載以太網主要是在物理層不同，基本架構依然是MAC+PHY芯片+傳輸鏈路。主要有100M和1G兩種標準。對于100M車載以太網在PHY層主要有兩個規范：BroadR-Reach和100Base-T1，兩者都是明確為汽車應用設計的，并且它們之間有很多重疊。而1000Base-T1這是千兆車載以太網的物理層技術標準。

100Base-T1最顯著的特點就是使用單對差分線實現數據傳輸，從成本上來說降低了線束的成本和重量。

二、技術細節

本文就介紹以相對主流的100Base-T1進行介紹。

2.1 基本結構

基本結構分為MAC、PHY個MDI三部分。

2.2PHY功能

PHY 芯片很多廠家都有，按照一貫的風格，我們還是以資料開放度比較高的TI生產DP83TC811R-Q1 的為例進行介紹。下圖是DP83TC811R-Q1數據手冊中給出的一個簡單的原理圖

2.2.1編碼技術

100BASE-T1采用獨特的4bit至3bit（4B3B），3bit至2三進制對（3B2T）和三級脈沖幅度調制（threelevel pulse amplitude modulation,PAM3）編碼方案。這一塊有點復雜，不像人話，我們來細述一番。

假設我們使用的是MII接口，通信速率是100Mb，數據寬度是4bit,速率是25M。為了匹配25MHz * 4bit = 100Mbit/s的速率，PHY從MII接口收到數據后，會首先進行一個4B3B的轉換，并將時鐘頻率提高到33.33333MHz，以保持100 Mbps的位速率。

之后PHY要再進行3B2T的操作，將每次接收到的3個bit轉化為2個三進制電平值（取值范圍是-1，0，1），具體的對應關系如上圖中的表所示。3個bit有8種組合（即2的三次方），兩個電平值有9種組成（即3的平方），所以后者可以覆蓋前者。此時時鐘周期仍然是33.333M，但是每個時鐘周期中的兩個電平就能夠表示3個 bit了，所以此時的數據速率仍然是100Mbit/s，每個電平實際上包含了1.5bit信息。3B2T的轉換關系如下表

最后一步是PAM3，將邏輯的-1，0，1轉化為在雙絞線上的電壓，所以，最終在總線上信號的波特率是66.666MHz，但是它實現了100Mbit/s的通信速率。

下圖是數據從MII接口到雙絞線電平的轉換過程。

為了更加直觀地理解三電平信號，下面給出在IDEL模式下端口上的信號波形。

2.2.2 回聲消除技術

10BASE-T和100BASE-TX有兩對信號線，分別進行收和發，但是100BASE-T1是也是物理全雙工接口，卻允許在同一對上進行發送和接收。這個物理全雙工通過疊加原理完成，100BASE-T1 PHY具有集成的混合功能，并使用回聲消除功能來消除其自身的發送信號并從鏈路伙伴中提取接收到的信息。為了做到這一點，一個PHY專門用作主機，另一個作為從機。當兩個100BASE-T1 PHY連接時，它們會經過訓練過程，從而使被測設備（DUT）和鏈路伙伴以相同的頻率以相同的相位傳輸信息。下圖說明了每個PHY內的混合和回聲消除的簡化框圖。

最后我們再給出DP83TC811R-Q1 的完整功能框圖加深理解。

2.3Medium?Dependent Interface (MDI)

兩個PHY芯片之間的連接叫媒體專用接口(MDI),它包括靜電防護、共模干擾抑制、直流隔離、車載接頭和雙絞線幾個部分。

2.3.1共模噪聲抑制

共模扼流圈（CMC）過濾MDI上的共模噪聲。盡可能降低共模噪聲非常重要，因為它會干擾PHY的接收器。另外，由于共模噪聲是單端輻射源，因此會導致較高的輻射發射。

下圖列出了CMC必須與100BASE-T1 PHY一起使用的要求。

2.3.2直流隔離

100BASE-TX的DC隔離通常使用變壓器，其中心抽頭（在PHY側）連接到取決于PHY的DC電壓。

100BASE-T1僅使用兩個電容器，與帶有變壓器的應用相比，這兩個電容器提供了直流隔離并減小了解決方案的尺寸。

2.3.3絞線

對于初期的以太網設計的傳輸介質是同軸電纜，同軸電纜使用了電磁屏蔽原理，即在線纜的內外兩芯之間以及外芯和線皮分別納入一層鋁制的屏蔽網，從而屏蔽干擾信號，事實證明這種屏蔽效果更好，然而也更昂貴。

雙絞線利用自身的特性有效降低了環路的面積，可以有效抵抗外接干擾，并且可以利用差分線的特點有效降低對外輻射。車載系統受到空間、成本和重量的限制，最終還是選擇了雙絞線，100BASE-T1要求雙絞線阻抗為100歐姆，線束長度限制為15m，實際應用建議不要超過10m。

2.3 POE

POE，即Power Over Ethernet，是一種使用以太網接口直接進行供電的技術，可以有效減少線束成本的方案。目前看到該技術只在千兆車載以太網上應用。這里留坑先。

2.4技術優勢說明

車載以太網使用回聲消除技術，實現單對雙絞線進行百兆數據流傳輸，降低線束成本和重量。使用雙絞線、三電平技術有效降低對外輻射，使用電容進行直流隔離，降低PCA成本和PCB面積。

三、技術擴展

3.1以太網標準

首先是100Base-Tx, 在1995年由IEEE802.3釋放標準；

IEEE 802.3u (100Base-T)是100兆比特每秒以太網的標準。100Base-T技術中可采用3類傳輸介質，即: 100Base-T4、100Base-TX和100Base-FX。其中100BASE-TX、100BASE-FX支持全雙工模式。

3.1.1 100Base-Tx

100標識傳輸速率為100Mbit/s, base標識采用基帶傳輸；T表示傳輸介質，2對5類UTP。

100BASE-TX采用的是4B/5B編碼方式，即把每4位數據用5位的編碼組來表示，該編碼方式的碼元利用率=4/5*100%=80%。然后將4B/5B編碼成NRZI進行傳輸，使其可以125MHz的串行數據流來傳送數據；

100BASE-TX采用的物理拓撲結構為星型，在目前的組網方法中，使用最多的是- 100BASE-TX標準的網卡，只支持RJ-45標準，它多用于主干網。

使用兩對5類非屏蔽雙絞線或1類屏蔽雙絞線，一對用于發送數據，另一對用于接收數據，最大網段長度為100m，布線符合EIA568標準；100Base-TX使100Base-T中使用最廣的物理層規范。

3.1.2 100Base-T1

100Base-T1是IEEE針對100Mb/s汽車以太網的規范，也可以將其稱為IEEE802.3bw，這兩個名稱指的是相同的規范。“-T1”后綴是一個重要的區別，讓您知道是指汽車以太網，它與普通100Base-T不同。

3.2車載總線網絡概述

傳統的車載網絡主要有 LIN、CAN、FlexRay 及 MOST：

LIN 總線適合用于汽車車窗、天窗、座椅、車內照明等通信速度較低的應用場景

CAN 總線性能的同時可進一步降低網絡成本，因此在現代汽車應用中通常作為 CAN 總線的補充網絡。CAN 總線是一個性能穩健并久經車輛實踐應用的網絡，具備成本低與高可靠性特點，已成為各汽車制造商車載網絡設計應用的首選網絡。

FlexRay 提供兩個獨立信道，采用雙信道冗余結構，基于時間發送報文，所有節點共享高準確時基，實現最高級別的可靠性，該總線用于滿足汽車環境下獨特的網絡需求，支持重要的安全線控技術應用，如線控轉向、線控制動等。

MOST 用于滿足車載信息娛樂應用的特殊需求，內置流媒體數據信道，高數據帶寬，支持多種光纖電纜布線方式，EMC 性能良好，主要應用于汽車音頻、視頻數據傳輸。

審核編輯 ：李倩