汽車以太網10BASE-T1S：電磁抗擾性能研究

10BASE-T1S以太網物理層技術，在汽車與工業(yè)物聯(lián)網中展現出巨大潛力，其電磁抗擾性能成為研究關鍵。通過新型DPI測試標準的推出與EMC性能的提升，10BASE-T1S正推動著網絡技術變革，為智能化時代鋪平道路。

芝能智芯出品

在汽車電子系統(tǒng)日益復雜且對電磁兼容性（EMC）要求愈發(fā)嚴苛的背景下，10BASE - T1S 以太網物理層（PHYs）的電磁抗擾性能成為關鍵研究領域，這套網絡在車載網絡中的穩(wěn)定運行關乎車輛各電子控制單元（ECU）間通信的可靠性，直接影響汽車的安全性與功能性。

我們根據《Electro Magnetic Immunity Performance of 10BASE-T1S PHYs》來探討其電磁干擾（EMI）行為特性、測試方法差異、噪音測量、新型測試設置及測試相關性等方面內容，剖析 10BASE - T1S PHYs 在汽車網絡環(huán)境下的電磁抗擾性能表現。

Part 1

10BASE-T1S與EMI的關鍵問題

10BASE-T1S是IEEE定義的一種針對汽車內部網絡和工業(yè)控制系統(tǒng)的以太網物理層標準，旨在為這些低速通信場景提供創(chuàng)新的技術解決方案。它引入了多點拓撲結構，允許多個設備通過單條總線共享通信線路，這顯著減少了布線的復雜性和成本。

此外，10BASE-T1S采用半雙工通信模式，在同一時間只有一個節(jié)點可以發(fā)送數據，這種特性非常適合那些對帶寬需求不高的應用?？紤]到汽車和IoT（物聯(lián)網）設備的能耗限制，10BASE-T1S還特別設計為低功耗，以適應這類設備的需求。

使用多點網絡拓撲也帶來了電磁兼容性（EMC）方面的挑戰(zhàn)。在多點網絡中，由于接收節(jié)點的輸入阻抗較高（通常大于10 kΩ），當面對高頻RF噪音時，容易產生諧振現象，造成共模扼流圈無法有效損耗共模噪音。

這種情況下，PHY（物理層芯片）端口電壓可能會升高，從而影響信號完整性，甚至造成通信中斷。

共模扼流圈在1-4 MHz頻率范圍內容易發(fā)生諧振，使得接收端的電壓水平高于總線端口（MDI）。如果PHY不可有效地“鉗制”這些高電壓，那么就會出現信號失真的問題。

與之形成對比的是，點對點網絡（P2P）因為采用了全雙工通信，其信號路徑更為直接，而且共模噪音可以通過終端阻抗和扼流圈有效濾除，因此不會遇到同樣的問題。

傳統(tǒng)DPI（Direct Power Injection，直接功率注入）和BCI（Bulk Current Injection，體電流注入）測試方法在模擬實際車輛環(huán)境中的表現并不理想。FTZ實驗室的研究表明，單節(jié)點測試無法準確反映多節(jié)點、多供應商環(huán)境下最差情況下的EMC性能。

這是因為不同供應商提供的組件可能具有不同的電磁特性，而在實際應用中，這些差異可能造成更復雜的電磁干擾問題。

為了應對上述挑戰(zhàn)，開放聯(lián)盟TC14工作組制定了新的DPI失真測試規(guī)范。這個新標準的目標是確保接收節(jié)點不會受到電磁噪音的影響而破壞總線通信。

測試方式上，采用了雙節(jié)點DPI PCB測試架構，即在一個電路板上設置兩個節(jié)點進行RF注入測試，以此來評估PHY在高電壓環(huán)境下的表現。

關鍵性能指標方面，則是定義了一個失真掩膜，用于捕捉多節(jié)點環(huán)境中累積的電磁干擾效應，確保PHY可以在各種操作條件下維持正常的通信功能。

新測試標準的實施大大提高了DPI測試結果與車輛實際應用場景之間的相關性，代表了10BASE-T1S EMI測試的一個重要進展。

通過這種方法，生產商可以更加自信地開發(fā)和部署基于10BASE-T1S標準的產品，確保它們在現實世界中也能表現出良好的電磁兼容性。

Part 2

從技術到應用：

10BASE-T1S的發(fā)展路徑

改進的DPI（Direct Power Injection，直接功率注入）測試對于10BASE-T1S技術在汽車和工業(yè)領域的應用具有深遠的意義。

這項新的測試方法引入了頻率依賴的非平衡耦合網絡，極大地增強了對多點網絡中最差情況EMI（Electromagnetic Interference，電磁干擾）表現的預測能力。

特別是針對30 MHz至100 MHz的關鍵頻段，改進后的測試可以更精確地模擬車輛內部復雜的EMI環(huán)境，提供比以往更加可靠的測試結果。

通過加強多供應商生態(tài)系統(tǒng)的兼容性，新測試解決了傳統(tǒng)單供應商兩節(jié)點測試中理想化的問題，可以更真實地反映多節(jié)點、多供應商環(huán)境下網絡的復雜行為。

這為汽車生產商挑選組件時提供了更為實際和有價值的參考指標，有助于確保不同供應商提供的產品能在同一網絡中共存并穩(wěn)定工作。

新的EMC（Electromagnetic Compatibility，電磁兼容性）要求促進了PHY（物理層芯片）技術創(chuàng)新。例如，優(yōu)化共模扼流圈設計以下降諧振電壓，或采用主動鉗制技術來消除高電壓噪音對信號的影響。這些進步不僅提高了產品的性能，還推動了整個行業(yè)向前發(fā)展。

10BASE-T1S技術憑借其多點拓撲結構，在汽車領域展現出作為車載網絡解決方案的巨大潛力。

它為傳感器和執(zhí)行器之間的低成本、高可靠性連接提供了可能，減少了布線重量和復雜度，這對智能駕駛和電氣化汽車至關重要。

隨著車規(guī)級PHY EMC性能的不斷改善，10BASE-T1S在ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）和動力系統(tǒng)中的應用前景也在不斷擴大。

在工業(yè)領域，10BASE-T1S成為物聯(lián)網的理想挑選，適用于智能工廠和城市中的傳感器網絡和邊緣計算。其低功耗特性和優(yōu)秀的EMI表現使得該技術特別適合于需要高效連接且能承受嚴苛電磁環(huán)境的應用場景。

10BASE-T1S技術面臨的挑戰(zhàn)包括在全球范圍內推廣開放聯(lián)盟的新DPI測試標準，以及進一步優(yōu)化高頻EMI性能。隨著車輛和工業(yè)環(huán)境中無線電頻率噪音的增長，PHY芯片必須持續(xù)提高其抗擾能力。

長遠來看，結合AI技術進行智能網絡管理，如動態(tài)頻率調整與自適應信號處理，將進一步提升10BASE-T1S網絡的可靠性和抗干擾能力，為未來的智能交通和工業(yè)自動化奠定堅實基礎。

小結

10BASE-T1S作為以太網在低速通信領域的創(chuàng)新延伸，其在汽車和工業(yè)物聯(lián)網中的潛力不可忽視。

隨著新型DPI測試標準的推出，EMC性能的提升為其在實際應用中的廣泛部署鋪平了道路。從下降布線復雜性到滿足高性價比需求，10BASE-T1S正在推動智能化時代的網絡技術變革。