הגידול צריך עבור נתונים מהירים ב-Cycar Sensing

כלי רכב מודרניים מסתמכים על מספר הולך וגדל של חיישנים במהירות גבוהה כדי לאפשר מערכות מתקדמות של ניהול (ADAS), פונקציות נהיגה אוטונומיות, ואפילו תכונות בטיחות בסיסיות.מצלמות, מכ"ם, לידר וחיישנים קוליים לייצר כמויות עצומות של נתונים שיש להעביר מראש חיישן ליחידת בקרה אלקטרונית (ECU) עם מהירויות נמוכות מאוד ואמינות גבוהה.

כדי לעמוד בדרישות המחמירות הללו, מהנדסי הרכב מאמצים יותר ויותר את ה-FLT:0 סיגנל האותות אדישים 1 כשיטת השידור העיקרית.אות שונות מספק חסינות רעש מעולה, שיעורי נתונים גבוהים יותר, ופליטות נמוכות יותר בהשוואה לגישות חד-צדדיות. מאמר זה מספק סקירה טכנית מקיפה של אותות שונים עבור חיישנים מהירים, כיסוי עקרונות יסוד, יישום, תקני מפתח, שיקולים אמיתיים, עיצוב ומגמות עתידיות.

מה זה שונה אות?

אותות שונים משדרים מידע כמו הבדל המתח בין שני מוליכים משלימים. במקום למדוד מתח אחד ביחס לאדמה, המקלט מעריך את ההבדל המיידי בין שני האותות (V+מינוס V-) כי זוגות רעש חיצוני כמעט זהה על שני החוטים (רעש מולד-מו-דה), תת-התחמור על המקלט מבטל את רוב ההתערבות, וכתוצאה מכך אות נקי.

שני החוטים בדרך כלל מובנים כצמד מדרגה:0 אדישים לצמד 1 עם מאפיינים חשמליים זהים.האות על חוט אחד הוא ההפך ההגיוני של האות על השני. עבור גבוה לוגיקה, V+ הוא מונע גבוה בעוד V- הוא נמוך; עבור לוגיקה נמוכה, הקוטביות הפוכה.

(הופנה מהדףים שונים) משתמשים במשך עשרות שנים בממשקים סדרתיים מהירים כגון LVDS (Low-Voltage Differential Signaling), MIPI D-PHY ו- HDMI.במגזר הרכב, סטנדרטים כגון: 0LVDSFLT 1 ו-FLT2MI A-PHYFLT 3, LT4 (A)

היתרונות של אותות שונים בחיישנים של הרכב

המונחים: noise Immunity

סביבות הרכב מציגות אתגרים אלקטרומגנטיים קיצוניים.מערכות אינטציה, ממריצים חשמליים, מפגעי חשמל (כלי רכב היברידיים / חשמליים), וקווי נתונים סמוכים כולם מייצרים רעש פס רחב. אותות שונים דוחים רעש משותף על ידי הטבע, ומבטיחים כי שלמות נתונים החיישן נשמרת גם בנוכחות של התערבות חזקה.

רמת נתונים גבוהה Capability

אות חד end הופך בעייתית בשיעורי multi-Gbps עקב אות skew, קפיצה הקרקע, וגדילה צולבת.זוגות בין-לאומיים באופן חד-משמעי ביטול אפילו phosoruts החזר זרמים זורם דרך קרקע אות, ומאפשרת לשיעורי נתונים מעל 10 Gbps לכל נתיב. חיישנים נוכחיים ו-SoCs תמיכה תמונה LVDS או MIPI הפועלים ב- 2.5bps לנתיבים גבוהים יותר.

הפחתת ההתערבות אלקטרומגנטית (EMI)

מאחר ששני החוטים נושאים זרמים דומים בכיוונים מנוגדים, השדות האלקטרומגנטיים שנוצרו על ידי כל מנצח נוטים לבטל אחד את השני במרחק.זה מפחית באופן משמעותי את פליטות הקרינה בהשוואה לקווים חד-צדדיים, אשר יכולים לפעול כאנטנות לא מכוונת.כלי רכב מציבים מגבלות חמורות על EMI כדי להימנע מהתערבות עם מקלטי רדיו, GPS, ועוד על גבי אלקטרוניקה שונה מאפשר מפתח עבור 522 או 52.

צריכת חשמל נמוכה יותר

נהגים שונים משתמשים בדרך כלל נדנדה נמוך (למשל, 350 mV עבור LVDS) הדורשות פחות כוח מאשר נדנדה ברמת ההיגיון (3.3 V או 5 V) בשימוש בפרוטוקולים ישנים יותר. יתר על כן, מקלטים שונים יש תנופה גבוהה, צמצום עומסי עומס הנוכחי.

שיפור אותות אינטגרליות לאורך זמן

אורך כבלים בכלי רכב יכול להגיע עד 20 מטרים עבור תצוגת אחורית או מצלמות צד. אותות חד-צדדיים סובלים מעצימה, השתקפות, ושערי קרקע שמצמצמים את האות מעבר להחלמה. אותות שונים, בשילוב עם סיום תקין ונחישות כבל, שומר על פתחי עיניים ומבטיחים קבלת נתונים חזקים אפילו על פני זמן רב, רתמי רכב קשים.

המונחים: Fundamentals

Transceiver Selection and Topology

יישום אותות שונים דורש בחירת צ'יפס מתאים transceiver תומך שיעור הנתונים הנדרש, סוג כבל ופרוטוקול. Common topologies כוללים נקודה לנקודה (נהג אחד למקלט אחד) ו- daisy-chain (midrop) תצורה. עבור יישומי חיישן, נקודת-to-point הוא המועדף על הפשטות והשליטה הטרנסנדנטלית שלה.

הסתגלות וחיסול

כדי למנוע השתקפות של אותות שגורם לצלצל וטעויות נתונים, את הדחף האופייני של זוג השוני חייב להיות מותאם מנהג למקבל.עבור רוב ממשקי הרכב, את האימפרמנט השונה של היעד הוא 100 ± 10%.זה חל על עקבות, כבלים, ומחברים.ב המקלט, יש להציב התנגדות סיום (בדרך כלל 100 ⁇ ) בין שני השורות האפשריות לפטור את השבר, לפתגם.

הנחיות PCBout

אותות שונים במהירות גבוהה דורשים לוח מעגלים מודפס זהיר (PCB) פריסת כללים מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) עקבות של חוסר עכבות: ⁇ 1 (FLT:1) השתמש מיקרוסטריפ או פסליין גיאוגרפימטים עם רוחב עקבות מתאים, ספאם, ועובי דיאלקטרי כדי להשיג 100 ⁇ ⁇ אימפולסים שונים.
  • (ב) [ה]ב[[17:0] ,[דרוש מקור]], [ה[[1924]]], שתי ה[[1924]] ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) עיין המטוס: 0Ground Note: 1FLT:1 מטוס קרקע מתמשך מתחת לצמד השוני מספק נתיב החזרה ומסייע לשמור על עכבות.
  • (ב) ויקרא: ויקרא י"א): "וַיְּהִיאֶתְסְטַבְתִּים אִם עַלְתָּעָה אִתְּבְתָּתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִּים אִתָּעָעָעָעוּ" (ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב).
  • (ב) התרחק מסימנים אחרים: FLT:1hil לשמור לפחות על הפרדה רוחב של 3x מקווי מהירות אחרים כדי להפחית את החצוצרה.

קלינג ומחבר

כבלים בעלי דרגה של רכב עבור אותות שונים חייב לשמור על אימפולס עקבי ומגן נגד EMI. Shielded זוג מעוות (STP) כבלים נפוצים עבור LVDS ו MIPI A-PHY, בעוד כבל קואקסיאלי משמש כמה יישום (למשל, ASA) קישורים חייבים להיות מדורגים עבור שלמות אות מהירה, עם אובדן נמוך ואובדן מינימלי החזרה (בשורה גבוהה) עם כבל CSD (או קווית) סטנדרטית (C) סטנדרטית) עם כבל סטנדרטית (או קוויד (C) סטנדרטית) סטנדרטית) סטנדרטית (או קווידנציה סטנדרטית) סטנדרטית (FSD) סטנדרטית) עם כבל CSD (למשל, CSD (F) עם כבל סטנדרטית) קומפקטית) קומפקטית (Coa גבוהה קוגניפיטדנציה סטנדרטית) קומפקטית) ⁇ סטנדרטית) ⁇ סטנדרטית) עם כבל מוסמך (מתאים מחוברים עם כבל מוסמך) עם כבל (מתאים סטנדרטית) עם כבל מוסמך) עם כבל מוסמך (מתאים סטנדרטית (מתאים סטנדרטיים (דנציה גבוהה (למשל, 000) ⁇ סטנדרטיים) ⁇ סטנדרטיים) קומפקטית) קומפקטית) קומפקטית) ⁇ סטנדרטיים (

סטנדרטים ופרוטוקולים

סטנדרטים מרובים משמשים ברשתות חיישן רכב, כל אחד מתאים לשיעורי נתונים שונים, מרחקים והתנצלות.

LVDS (Low-Voltage Differential Signaling)

LVDS הוא ממשק נקודה בוגר, מאואומץ נרחב הפועל מ -100 Mbps למעל 3 Gbps לכל נתיב.זה משתמש נדנדה 350 mV שואב כוח מינימלי.LVDS הוא נפוץ במודולים מצלמה (Serializer / קישוריםdeserialser) וממשקי מכ"ם.עם זאת, בדרך כלל דורש סידרה /deserialer ייעודי (Ser) עבור שידור, עלות כבל, ומורכבות.

MIPI A-PHY

פותח על ידי MIPI Alliance, A-PHY הוא ממשק סדרתי ארוך טווח המיועד במיוחד עבור רכב.זה תומך בשיעורי נתונים סימטריים עד 32 Gbps (downlink) ו-1.6 Gbps uplink על קואקסיאלי אחד או STP כבל עד 15 מטר. A-PHY כולל תיקון חזק, תכונות בטיחות פונקציונליות (IL-B / D), ו- Multilaneggation הוא יותר ויותר רזולוציה גבוהה של מצלמות.

Ethernet רכב (100BASE-T1, 1000BASE-T1)

IEEE 802.3bw (100BASE-T1) ו 802.3bp (1000BASE-T1) מגדיר Ethernet חד-פפירי על כבל שונה ב 100 Mbps ו 1 Gbps בהתאמה. Ethernet הרכב משמש עבור רשת אחורית, OTA עדכונים, ממשקי אבחון, בעוד לא נפוץ עבור חיוורט גולמי עקב הגמישות ומגבלות רוחב פס, הוא צובר ion באדריכלות הבאה כמו מרכזי של מחשבים החיישן.

ASA (Automotive SerDes Alliance)

ASA היא קונסורציום מפתח תקן פתוח עבור קישוריות חיישן במהירות גבוהה.זה תומך בשיעורי נתונים מ-1.6 Gbps ל-16 Gbps מעל כבלי Coaxial או STP, עם תאימות לאחור ואבטחה מובנה.ASA ממוקמת כחלופה ל- MIPI A-PHY ו- LVDS, במטרה להפחית את הפירוק המערכת האקולוגית.

CAN-FD ו- FlexRay

אלה הם אוטובוסים שונים במהירות נמוכה בשימוש עבור שליטה ואבחון ולא נתונים בזמן אמת חיישן. CAN-FD (ISO 11898-1) פועל עד 8 Mbps, ו- FlexRay עד 10 Mbps. הם עדיין חיוניים לתצורת חיישן ועדכונים המדינה, אך לא עבור הזרמת פסים גבוהים.

יישומים אמיתיים

מערכות מצלמות סביב-View

כלי רכב מודרניים משתמשים ב- 4-8 מצלמות עבור 360 מעלות תצוגה.כל מצלמה משדרת 1080p או אפילו 4K וידאו ב 30-60 fps. טיפוסי SerDes פתרונות (למשל, TI FPD-Link, Maxim GMSL, או MIPI A-PHY) משתמשים בסימן שונה על כבלי קואקסיאלי או STP לשלוח וידאו ולשלוט נתונים לאורך כל אחד.

חיישנים רדאר

חיישני מכ"ם לטווח ארוך וקצר טווח מייצרים נתוני I / Q או רשימות יעד מעובדות בשיעורים של 100-500 Mbps. קישורים שונים LVDS LVDS הם בדרך כלל בשימוש לחיבור יחידות מכ"ם למעבד המרכזי.חסינות הרעש גבוהה חשובה במיוחד משום שחיישנים מכ"ם פועלים לעתים קרובות ליד הפגוש הקדמי של הרכב, קרוב להחלפה גבוהה של המנוע.

חיישן Lidar

לידרים מכניים ומוצקים מייצרים נתונים בענן עם שיעורי נתונים מעל 1 Gbps.ממשק השוני חייב לטפל לא רק בזרם הנתונים, אלא גם אותות סינכרון (למשל, GPS PPS) MIPI A-PHY או סרדיקס הקנייניים נבחרים לעתים קרובות על יכולתם לשלב נתונים ולשליטה על כבל יחיד, צמצום משקל ועלויות.

חיישנים לא חוקיים

למרות חיישנים קוליים בדרך כלל יש הרבה יותר נמוך נתונים (טווח kbps), עיצובים חדשים יותר בשלבי רנטגן משתמשים בתקשורת שונה כדי לשתף תזמון ונתוני הדופק על פני חיישנים מרובים, שיפור הדיוק של סיוע חניה ומערכות פארק אוטומטי.

בדיקות והתאמה

בדיקת ביצועי אות שונים דורשת ציוד מיוחד ומתודולוגיות:

  • (FLT:0)Eye דיאגרמות מדידה: 1FLT (השתמש ב- oscilloscope בזמן אמת עם בדיקות שונות, מהנדסים ללכוד את תבנית העין של גובה העין התאושש, רוחב העין, וג'ייטר חייב לעמוד בספק או מפרט סטנדרטי (למשל, LVDS דורש ⁇ 200 מ"מ גובה העין ו- ⁇ 600 עיניים ב 1bps).
  • (FLT:0) זמן-דומיין רפיאומטריה (TDR): ⁇ FLT:1) בודק רצף של רציפות בלתי פוסק לאורך כל הנתיב (מחשבות של PCB, מחברים, כבלים).
  • (FLT:0) יחס דחיית הדחייה (CMRR): 1:1 היכולת של המקלט השונה לדחות רעש משותף נמדדת על ידי הזרקת אות משותף והתבוננות בירידה התפוקה השונה.
  • בדיקה אחרונה ב-5 ביולי 2010. ^ FLT:0.10EMI/EMC: FLT:1 The האסיפה חייבת לעבור בדיקות פליטה מוקרנות ובוצעות עבור CISPR 25. A Cell and LISN משמשים למדידת פליטות מהכבלים השונים בזמן שהחיישנים הם מבצעיים.
  • (ב) שיעור השגיאה (התואר הראשון) (FLT: 0) 1 (רצף השגיאות של רצף ה- PEL-random) מועבר על הקישור, ושיעור השגיאה של המקלט נמדד תחת רעש וטמפרטורה הגרועים ביותר.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

מחסור והפסדים מחוברים

בתדרים גבוהים, כבלים מציגים אפקט עור והפסדים דיאלקטריים המעצימים את האות.כדי לצמצם, לבחור כבלים בעלי הפסד נמוך (למשל, RG-178 עבור coaxial) ולשמור על אורך כבל בתוך גבולות סטנדרטיים. הסתברות יעילה או טרום-מphasis במדור יכול לפצות על קידוד גבוה.

Common-Mode Noise from Power Systems

החלפת ציוד חשמל ברכב מייצרת טראנסים נפוצים מאוד שיכולה להתחבר לצמד השונה.הוספת חנקות נפוצות בפלט הנהג וקלט המקלט מדכא את הרעש הזה תוך שמירה על האות השונה.האימפולס של החנוק חייב להיות נבחר להימנע מדה של רוחב הפס של האות.

הבדלים אפשריים

מודולים חושיים ו- ECU עשויים להיות בעלי פוטנציאל קרקע שונה בשל טיפות מתח ברכב כאסאסה. אותות שונים לסבול את זה כל עוד המתח המשותף נשאר בטווח קלט של המקלט (בדרך כלל ±2 V). בידוד גאלובן (למשל, באמצעות ממריצים קיבוליים או מגנטיים) לעתים קרובות נוסף למקרים קיצוניים.

עלויות ומורכבות

הוספת נהגים שונים, מקלטים, מחברים, ומגינים מגדילים את העלות הכוללת של המערכת.עם זאת, העלות מוצדקת לעתים קרובות על ידי רווחי האמינות.בחירת השתלות גבוהה המשלבות פונקציות מרובות (למשל, סידוריצר, DC כוח על קואקס) מסייע להפחית את ספירת הרכיב ואת האזור.

מגמות עתידיות

רשתות חיישן הרכב מתפתחות לעבר רוחב פס גבוה יותר ואדריכלות מאוחדת יותר.כמה מגמות יעצבו את יישום אותות שונים:

  • (FLT:0) Multi-Gigabit Ethernet:03FLT:1 , IEEE 802.3ch (Multi-Gigabit car Ethernet) תומך 2.5/5/10 Gbps על זוג שונה יחיד, המאפשר איסוף נתונים חיישן על עמוד השדרה המשותף.
  • (FLT:0) חיבור בין-אופטימי: FLT:103) שיעורי נתונים מעל 25 Gbps, סיבים אופטיים באמצעות מודולציה שונה (למשל, PAM4 מעל סיבים) עשויים להיות מוצגים, אם כי העלות נותרה אסורה לייצור נפח.
  • (FLT:0)MIPI A-PHY v2.0:03:03FLT:1) הדור הבא מכוון 48 Gbps downlink באמצעות PAM4 Modulation, המאפשר וידאו 8K ממצלמות מרובות על קישור אחד.
  • שילוב בטיחותי:0Functional Safetyאינטגרציה:FLT:1 פרוטוקולים שונים יותר ויותר להטביע זיהוי שגיאות ותיקון (למשל CRC,625) כדי לעמוד בדרישות ASIL-D עבור כלי רכב אוטונומיים מלאים.
  • (FLT:0) חלופות ללא סייג?FLT 1 בשעה שקישורי חיישן אלחוטיים (למשל, Wi-Fi 6E) יכולים להפחית במשקל כבל, עצלות ודאגות התערבות אומרות אותות שונים חוטים יישארו דומיננטיים עבור נתיבים קריטיים בטיחותיים.

מסקנה

יישום אותות שונים בחיישנים מהירים הוא דרישה בסיסית להשגת אמינות הנתונים, החסינות והפס רוחב הפס המבוקש על ידי ADAS המודרנית ומערכות נהיגה אוטונומיות. על ידי מינוף סטנדרטים כגון LVDS, MIPI A-PHY, ו-Tri Ethernet, מהנדסים יכולים לעצב קישורים חזקים כי לשמור על שלמות אותות בתנאים קיצוניים של סביבת הרכב.

(ב) [ה] [ה]] ב[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]