10BASE-T1S 開創車載網路的未來

來源: Molex 莫仕連接器

多年來，汽車網路一直受到 CAN 和 LIN 等傳統協定的局限。這些老舊的系統設計於較為簡單的時代，已難以應對現代資料需求的重壓。CAN 和 LIN 較為複雜，減緩了創新步伐，並且需要昂貴的閘道來連接分散的架構。而 10BASE-T1S 的出現則打破了這一局面：它是一種基於乙太網的精簡解決方案，旨在超越傳統佈線的局限，並實現區域架構（Zonal Architectures）和邊緣節點集成。

電氣與電子工程師協會（IEEE）推出了 10BASE-T1S 標準，旨在支持汽車行業從傳統的網路通訊協定（例如控制器局域網（CAN）和本地互連網路（LIN））過渡到新技術。這一基於乙太網的標準提供了一種精簡且可擴展的解決方案，能夠實現統一的網路架構，從而簡化車載連接、降低系統複雜性並支援未來的擴展。

10BASE-T1S 的主要功能包括：

• 通過單根雙絞線實現 10Mbps 乙太網傳輸
• 多點拓撲結構——多個節點共用一根網線
• 簡化網路設計，降低對閘道的依賴
• 相容區域架構和邊緣節點集成

這些特性使 10BASE-T1S 成為一項及時且具有變革意義的創新。它順應了汽車行業向集中式計算、空中升級和確定性通信發展趨勢的趨勢，配套的電纜和互連基礎設施提高了對時間要求較高的 ADAS 感測器網路的可靠性，同時説明工程師降低佈線複雜性、重量和系統總成本。

傳統的汽車通信協定，例如 CAN 和 LIN，並非為滿足現代車輛不斷發展的連接需求而設計。如今，工程師們面臨著日益增多的電子控制單元（ECU）數量、更嚴格的封裝限制以及對更快、更可靠的通信的需求，尤其是在高級駕駛輔助系統（ADAS）、資訊娛樂系統和車身控制系統等系統中。現有解決方案通常依賴於複雜的閘道配置和協定轉換，這會增加成本。

10BASE-T1S 具有幾個關鍵優勢，可以直接應對這些挑戰：

• 減少佈線和連接器：多點連接功能允許多個節點共用一根雙絞線，從而顯著減少匯流排纜長度、重量和整體系統成本。
• 增強網路彈性：與點對點鏈路不同，10BASE-T1S 可隔離故障，因此單個節點故障不會中斷整個網路。
• 降低系統重量和成本：簡化的線束和更少的閘道可降低物料清單（BOM）和車輛重量。
• 增強可擴展性：該解決方案可在區域架構內輕鬆擴展，無需大量返工或重新驗證。
• 支援確定性通信：實體層衝突避免（PLCA）可確保可預測的傳輸時間，這對於時間敏感型應用至關重要。
• 乙太網相容性：10BASE-T1S 可與現有乙太網骨幹網無縫集成，從而在車輛上實現統一的網路通訊協定。

10BASE-T1S 通過簡化網路設計並支援即時回應，彌合了傳統通信方案碎片化與下一代車輛中預期的基於軟體定義的乙太網系統之間的差距。對於電氣設計工程師而言，採用 10BASE-T1 代表著向前邁出的戰略性一步。

雖然 10BASE-T1S 簡化了網路拓撲結構，但仍然需要精確的系統設計才能成功實施，尤其是在性能和法規遵從性至關重要的情況下。幸好，許多最常見的信號完整性（SI）和電磁相容性（EMC）挑戰都已被業界理解，並且通過正確的設計方法和元件，這些挑戰也越來越容易應對。

為確保 10BASE-T1S 系統運行穩定可靠，有兩個關鍵的關注領域。

首先，業界已證明特製連接器和現成連接器均能夠在 10BASE-T1S 速度下提供可靠的性能。然而，為了充分發揮多點連接能力，現有系統可能需要對連接器進行改造。即使解絞長度略有增加，也可能導致阻抗失配、模式轉換和電磁干擾（EMI）升高，因此精確的電纜端接和絞合管理對於獲得最佳信號品質至關重要。

其次，現成連接器通常缺乏明確的阻抗特性，因此如果沒有合適的工具和專業知識，很難對其進行模擬。然而，借助正確的建模技術，仍然可以對這些配置進行可靠而準確的評估。

這些實體層方面的考慮非但不會構成障礙，反而為簡化系統設計和減少試錯次數提供了契機。通過應用模擬最佳實踐和成熟的互連策略，電氣工程師可以充滿信心地進行構建，因為他們知道其 10BASE-T1S 實現方案穩定、可擴展且已準備好投入生產。

為了使 10BASE-T1S 集成更輕鬆、更快捷、更可靠，下一代硬體必須能夠應對電氣設計團隊每天面臨的各種細微而實際的挑戰。理想的解決方案套件應具備以下功能：

• 經過驗證的線纜性能：全面的信號完整性和電磁相容性驗證，包括時域反射計（TDR）分析，確保對線纜解絞和阻抗進行精確控制。
• 強大的多路連接器建模：對複雜的、非阻抗控制連接器進行精確模擬，預測信號路徑行為，消除猜測。
• 緊湊型互連方案：這些解決方案旨在最大限度地縮小封裝尺寸和線纜體積，是空間受限的菊輪鍊式配置的理想之選。
• 系統級模擬保真度：硬體在實驗室中的表現與模擬結果一致，可減少反覆運算次數，並最大限度地減少後期的意外情況。

高級駕駛輔助系統（ADAS）日益複雜，以及向軟體定義汽車的轉變，對更簡單、更具可擴展性的網路解決方案提出了更高的要求。10BASE-T1S 將乙太網更靠近邊緣，支援區域架構，減少佈線，並為面向未來的平臺奠定基礎。

作為其在基於乙太網的汽車網路領域長期投資的一部分，Molex 莫仕正在開發一套完整的端到端解決方案，以充分發揮 10BASE-T1S 的優勢。該解決方案利用了 Molex 莫仕二十多年來在市場上久經考驗的專利互連技術，並經過改進以滿足對緊湊、高效和輕量化設計的需求。通過結合連接器、線纜和模組層級的創新，Molex 莫仕實現了多點乙太網架構的無縫集成，從而降低了佈線複雜性，提高了可擴展性，並加速了向區域和軟體定義車輛平臺的過渡。

瞭解 Molex 莫仕如何打造下一代車輛連接技術，並支援向統一乙太網通信的演進。Molex 莫仕提供適用於 10BASE-T1S 多點架構的最小連接器解決方案，幫助整車廠和一級供應商簡化集成、降低系統成本和重量，並加速向區域和軟體定義車輛平臺的轉型。

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