满足10BASE-T1S规范的共模扼流圈及片状压敏电阻

下一世代全自动驾驶汽车的发展势头日益强劲，车载网络的架构也开始发生重大变化。
在车载网络中备受关注的车载以太网，100BASE-T1（100 Mbps）和 1000BASE-T1（1 Gbps）（其规格由 OPEN Alliance 定义）正逐渐普及开来。最近，这种车载以太网又新增了 10BASE-T1S（10 Mbps），由于其具备多点接入功能而备受关注。
下面本文将为您介绍符合 OPEN Alliance 规范的共模电感和片式压敏电阻。

10Base-T1S 概览

10BASE-T1S 作为 IEEE 802.3cg 标准被制定，是最新的 IEEE 车载以太网标准之一（表 1）。OPEN Alliance(*) 也开始制定与 10BASE-T1S 相关的标准，这些标准将作为相关汽车制造商的基准。
这种 10BASE-T1S 的数据传输速率比现有的 100BASE-T1（100 Mbps）和 1000BASE-T1（1 Gbps）要慢，只有 10 Mbps。但一个主要区别是可以实现多点接入。以往的100BASE-T1 和 1000BASE-T1 连接方法只允许一对一连接（P2P 连接），即和相互通信的 ECU之间是一一对应的。相比之下，10BASE-T1S 支持多点接入，允许在一条线路上连接多个节点，并允许使用以太网协议建立类似 CAN 的网络（图 1）。
不过，为了能实现在单线上接入多个节点，相比P2P 连接，多点接入对电子器件在线对线寄生电容上有着更严格的限制。对此10BASE-T1S 也不例外。实际上，OPEN Alliance严格规定了用于 EMC 对策的共模电感 (CMC) 和防静电部件（片式压敏电阻）在线对线寄生电容上的要求。因此在选用 10BASE-T1S 的电子器件时必须小心谨慎。
TDK的CMC 和压敏电阻分别满足OPEN Alliance 规定的 CMC 规范 (**) 和 ESD 器件规范 (***)，可在安心地使用在10BASE-T1S 上。以下将介绍用于 10BASE-T1S 的 CMC 和 ESD 器件。

* Open Alliance (One-Pair Ether-Net Alliance SIG) : 为制定车载以太网标准并促进其广泛应用而成立的行业组织。
** EMC Test Specification for 10BASE-1S CMC
*** EMC Test Specification for 10BASE-1S ESD Suppression Devices

	10BASE-T1	100BASE-T1	1000BASE-T1	Multi-Gig BASE-T1
IEEE	IEEE802.3cg	IEEE802.3bw	IEEE802.3bp	IEEE802.3ch
数据速率	10Mbps	100Mbps	1Gbps	2.5/5/10Gbps
编码	4B/5B (DME)*2	PAM3	PAM3	PAM4
通信方式	半双工通信全双工通信（可选）	全双工通信	全双工通信	全双工通信
拓扑结构	点对点多点	点对点	点对点	点对点

＊2：DME: Differential Manchester Encoding

表 1. IEEE802.3 物理层标准

图 1. 10Base-T1S 采用多点接入时，搭载了共模电感和片式压敏电阻的示例。

10Base-T1S 推荐组件（共模电感/滤波器）

由于 10BASE-T1S 是一种不带交换机的多点接入，如果在一条线路上接入多个 ECU，那么线束的长度和分叉问题将导致反射或是 ECU的寄生电容成分变大，进而导致信号波形上出现振铃等影响通信质量的情况。因此，用于EMC对策的 CMC 其寄生电容必须尽可能小。
CMC 器件的规格由 OPEN Alliance “10BASE-T1S EMC 测试规范（针对CMC）”定义，其中寄生电容被分为 I 类（17 pF以下）到 IV 类（7 pF以下）不等。ACT1210E-131-2P-TL00 是业内首款符合最严格的 IV 级标准的 CMC 产品。
除寄生电容外，还规定了插入损耗、回波损耗和模式转换等 S 参数的推荐值。模式转换是指在差模信号（即通信信号）和共模信号（即噪声）之间相互转换的意思。这种模式转换可能会使ECU发出噪声或是降低抗扰能力，是导致设备发生故障的主要原因。
如下图所示，TDK的CMC在模式转换方面的特性也是极其优秀。

符合OPEN联盟“10BASE-T1S EMC测试规范”

产品型号	共模扼流圈系数 μH(Typ.) @100kHz	寄生电容ｐF(Max.)	直流电阻 Ω(Max.)	额定电流ｍA(Max.)
ACT1210E-241-2P-TL00	240	10	4.1	70
ACT1210E-131-2P-TL00	130	7	2.9	70

表 2. 满足10BASE-T1规范的共模扼流圈/滤波器

10Base-T1S 推荐器件（片式压敏电阻/陶瓷瞬态电压抑制管）

对 ESD 器件的规格要求与共模电感一样严苛。OPEN Alliance针对 ESD 器件制定的 10BASE-T1S 规范也严格规定了 ESD 器件的线对线静电容值。标准规定了很小的静电容值。具体数值如下，线对线静电容值在1 pF以下，换算到单线上的静电容值在2 pF以下。如表3 所示，TDK 的 ESD 对策器件（片式压敏电阻）符合该标准值，可用在 10BASE-T1S 中进行ESD 对策，而无需担心容量问题。
此外，与普通 ESD 对策器件相比，车载以太网要求产品有更小的公差。推荐运用在 10BASE-T1S 上的产品系列，其静电容值的容差为±0.13 pF。借此可设计出有强抗扰能力的ECU，并将对通信质量和模式转换特性的影响降至最低。
当然，作为保护器件其自然具有很高的 ESD 保护性能，符合 AEC-Q200 汽车可靠性标准，使 TDK 片式压敏电阻凭借其综合性能成为10BASE-T1S ESD 保护器件的首选。