车载以太网的高效噪音抑制

<span class="text10">2018年12月: 此页面所记载的产品型号 ACT45L-201-2P-TL000 不推荐用于新设计中。</span>近年来，汽车传感器系统及摄像头系统设备不断增加，以太网作为此类先进多媒体以及信息通信系统车载 LAN 得到了快速的引进。

有望作为车载LAN的主干网络的以太网

车载LAN可大致分为车体系统、安全系统、动力传动系统、多媒体及信息通信系统。现在，以车体系统为中心最为普及的是CAN，数据传输速度最大可达到1Mbps(CAN-FD为5Mbps)，虽然动力传动系统的FlexRay最大可达到10Mbps ，但这类车载LAN在数据传输速度及网络等扩展性方面存在瓶颈。

而以太网则拥有100Mbps以上的高速数据传输速度，同时其作为主干网络还拥有优异的扩展性，由于可实现高度网络结构，因此现在作为实现IVI系统、ADAS的接口而备受瞩目。

在车载LAN中，除了LIN及低速CAN之外，一般采用差动传输方式。差动传输方式拥有辐射噪音等级低、对于外来噪音耐受力强等特点，因此被广泛作为USB、IEEE1394等用于连接电脑与周边设备的高速接口使用。但是，此类高速接口的电缆会起到辐射噪音或拾取噪音的天线的作用。因此，作为EMC对策，接口的连接器部上会使用共模滤波器。图1所示为各类车载LAN的用途，以及此处使用的TDK推荐共模滤波器。

图1 用于各类车载LAN的通信速度与EMC对策的TDK共模滤波器

作为可高速连接实现IVI(车载信息娱乐)系统及ADAS(高级驾驶辅助系统)的传感器系统、照相机系统电子设备的车载LAN，以太网的使用得到了不断的推广。

由OPEN联盟SIG制定的车载以太网标准

共模滤波器不会对差模的信号电流产生影响，是一款有针对性地、可有效阻止共模噪音电流的EMC对策元件。但车内是一个存在因大电流产生的强磁场、电机等导致的诱导性噪音、火花塞导致的瞬时脉冲群类噪音等恶劣的噪音环境，因此对车载以太网用共模滤波器提出了比以往产品更高的特性要求。

在车载以太网用共模滤波器的要求特性方面，标准化团体OPEN联盟SIG提出了"BroadR-Reach"的标准。通过使用了UTP电缆(非屏蔽、双绞线)的差动传输方式，可实现100Mbps的高速数据传输速度。使用价廉且轻量的UTP电缆将会成为汽车制造商的巨大优势。这是因为，它将能够大幅降低线束的长度与重量，同时可帮助实现汽车轻量化以及提高燃油效率。

车载以太网用共模滤波器的共模变换特性

车载以太网中噪音特性及信号质量使用了S参数作为指标。S参数是散射参数(Scattering parameter)的简称，若将电路中流动的交流信号作为波动，则该波动的反射及传输程度便可表示电路的特性。

图3为两端口网络(四端子电路)的S参数(混合模式S参数)的概念图。出于简单化考虑，以下仅对正向进行说明。来自端口1侧的入射波a1将会作为b2传输至端口2侧，但一部分会反射回到端口1侧。此时，传输波b2对入射波a1的比例以参数S21表示。该参数的滤波器特性几乎与插入损失相同，因此一般以单位dB（分贝）表示21表示从端口1向端口2传输(2←1)。

图2 车载以太网中共模滤波器的作用

车载以太网的优势在于可使用价廉的轻量UTP电缆，但对于共模噪音的EMC对策也变得愈发重要。

图3 两端口网络S参数(混合模式S参数)的概念图

车载以太网用共模滤波器中，被称为共模变换特性的参数十分重要（图4）。
例如，具有代表性的Scd21共模变换特性则表示，从端口1侧向端口2侧传输时，差模(d)成分向共模(c)成分转变的共模变换量(c←d)。简单而言，Scd21越小，信号电流(差模成分)向共模成分的变换量则会变少，也就意味着共模噪音得到了抑制。

图4　共模变换特性的表述法

轻松满足车载以太网的要求特性

TDK的车载以太网用共模滤波器ACT45L系列的频率特性示例如图5所示。可以发现，差模成分几乎畅通无阻(Sdd21)，而共模成分在10～100MHz左右条件下被大幅抑制(Scc21)。图6为以往CAN用产品与ACT45L系列的共模变换特性比较，红色实线为车载以太网的要求特性(Class A)。特性曲线越往图表下方，则信号(差模)越难以变换为共模噪音，也就是说，其体现了作为共模滤波器的良好特性。可以发现， ACT45L系列在大频率范围中，其特性相比以往CAN用产品改善了约30dB，即使是车载以太网的严格要求特性也可轻松得以满足。同时，ACT45L系列全工序得到了完全自动化，因此其拥有可确保统一的高质量、高可靠性的特性。4532尺寸的小型·低背形状中，能够在维持200μH(at 100kHz)的高电感值的同时，实现极其优异的共模变换特性也是依靠了独特的绕组设计与高精度的自动绕组系统。

图5　ACT45L的频率特性示例

图6　以往产品与ACT45L系列的共模变换特性比较

总结

以太网作为可使车载摄像头拍摄到的高画质影像等为汽车的安全及舒适行驶服务的车载LAN，由于其可高速传输大容量数据，因此使用数量得到了飞速增长。而车载以太网用共模滤波器ACT45L系列便是使用了TDK长年积累而来的铁氧体技术、绕线技术、设计技术等开发而成的产品。符合CAN标准的以往产品ACT45B系列/ACT45R系列、符合CAN标准/FlexRay标准的小型产品ACT1210系列等均为进一步充实车载LAN用共模滤波器产品线做出了贡献。