近年來，汽車電子系統的數量有所增加，隨著信息娛樂和高級駕駛輔助系統（攝像頭、雷達、激光雷達等）新技術的采用，以及用于許多不同目的（穩定性、速度、加速度等）的多個傳感器的采用，汽車電子系統的數量達到了更高的復雜性。

我們可以區分高帶寬和低帶寬技術。通常，傳感器需要低帶寬。汽車中最常用的加速度計的輸出數據速率（ODR）為幾kHz。在信息娛樂方面，音頻和視頻數據需要幾Mbps范圍內的數據速率。

然而，真正提高標準的是采用高清多攝像頭系統進行停車輔助、360°視覺系統（也稱為鳥瞰或環視監控系統）、雷達（射頻微波）和激光雷達（光學）以增強高級駕駛輔助系統 （ADAS）。所有這些系統的共存是自動駕駛汽車發展的關鍵因素，但它對任何通信總線來說都是一個巨大的挑戰。

汽車中使用的傳統客車有：

本地互連網絡（LIN）：速度高達20 kbps，主要用于低成本至關重要且速度/帶寬比不重要的子系統。

受控區域網絡（CAN）：傳輸速率高達1 Mbps，主要用于啟動/停止系統、駐車輔助系統和電動駐車制動器中的電子控制單元（ECU）與傳感器之間的通信。

FlexRay：比CAN更快（高達10 Mbps），它更貴。它最初用于線控（線控驅動、線控轉向）系統，旨在適應多種網絡拓撲。

面向媒體的系統傳輸 （MOST）：最高速度為 150 Mbps，旨在傳輸音頻、視頻、語音和數據信號。它定義了ISO/OSI模型的所有七層，從物理層到應用層。這是一個專有的解決方案。

隨著網絡技術的這種發展，另一個方面變得很重要。用于不同子系統的許多不同的總線包括非常復雜（且昂貴）的布線。尺寸和重量是汽車應用中的新挑戰，因為滿足新的環境法規意味著開發新的系統，例如可以減少一氧化碳2排放。在這樣的環境中，對于高帶寬、低延遲、確定性、穩健且廉價的通信總線的需求，沒有簡單的答案。

汽車音頻總線 （A2B)

對總布線重量的主要貢獻之一來自汽車音響系統，因為模擬布線需要為每個音頻源/接收器（揚聲器）使用昂貴的屏蔽電纜。此外，主動降噪 （ANC） 和道路降噪 （RNC） 系統需要在車內安裝多個麥克風，從而為音頻網絡添加許多其他輸入。

傳統音頻系統在車內的實際布線如圖1所示。

圖1.用于音頻系統的傳統車載布線。

汽車音頻總線 （A2B）是ADI公司的一項創新技術，允許實現串聯拓撲，單個主站連接到多達10個菊花鏈式從機。速度為 50 Mbps，A?2B 針對音頻應用進行了優化。通過使用非屏蔽雙絞線 （UTP） 電纜，連接大大簡化，將線束的總重量減輕多達 75%。節點之間的距離可以長達 15 m，而最大網絡長度為 40 m。同一 UTP 提供高達 300 mA 的電源（幻象供電配置），非常適合數字麥克風。

如果主節點提供的功率預算不足，始終可以為從節點提供本地電源。該總線允許雙向、主從和從從通信，提供多達 32 個下行和上行通道（12、16 和 24 位）。最重要的是，保證了 2 個周期的延遲，為 ANC/RNC 等延遲敏感型應用提供了確定性支持。該巴士能夠運送I2C按摩，允許在從節點上跨距離配置ADC/DAC。

什么真正簡化了 A 的配置2B網絡是SigmaStudio，一個支持SigmaDSP和SHARC DSP系列的圖形設計環境。一個???2B收發器（AD2428、AD2427和AD2426）提供I 2砂型 PDM 接口。通常，I2S接口用于連接ADC和DAC，而數字麥克風使用PDM。

汽車應用中的主要問題之一與電磁兼容性（EMC）有關。一個2B 僅使用 2 線 UTP 電纜就通過了最嚴格的汽車 EMC 和電磁干擾 （EMI） 兼容性測試。RNC 應用需要將加速度計和麥克風分布在車輛周圍和內部。使用模擬部件的成本過高，因為它需要額外的電路（模數轉換器）、布線和連接器。該 A2B 技術通過一種新穎的音頻源和傳感器方法簡化了這種架構。

圖2.音頻系統的車載布線簡化為 A2B技術。

汽車以太網

以太網是一種非常流行的網絡技術，擁有龐大的生態系統。然而，到目前為止，它在汽車領域的應用僅限于少數應用，如診斷、車載信息娛樂系統和傳感器連接。它在車載應用中的競爭對手可能是MOST，它可以在速度方面競爭。

盡管以太網有可能成為最新技術（例如雷達和激光雷達）對帶寬的巨大需求的最終答案，但仍有幾個方面限制了其在汽車中的采用。

用于 100-Base-TX 的傳統以太網電纜基于兩對差分線并由變壓器隔離，對于汽車應用來說過于昂貴。此外，Cat-5 電纜不符合汽車 EMI 標準，使得 100-Base-TX 以太網無法用于診斷和固件更新以外的車載通信。

對于車對車 （V2V） 或車對一切 （V2X） 通信，必須在同步、流量整形和固定延遲方面支持車內數據傳輸。以太網沒有這種支持，除非實施新的協議棧。

讓我們先考慮物理層。

為了滿足重量、EMI 和成本方面的要求，電氣和電子工程師協會 （IEEE） 定義了一個名為 802.3bw 的新標準，也稱為 100-Base-T1。IEEE 802.3bw 是基于雙向 UTP 電纜的 100 Mbps 標準，可滿足嚴格的汽車排放要求。通過使用疊加、特定編碼和加擾方案的基本原理來降低 EMI。

當使用非屏蔽 2 芯電纜代替傳統的 Cat-5 電纜時，重量和成本更低。以太網供電 （PoE） 等技術共享相同的電線，與數據一起提供電力。但是，PoE 至少需要兩對電線來供電，這與減少電線數量的需求形成鮮明對比。

這就是IEEE定義標準802.3bu的原因，也稱為數據線供電（PoDL）。PoDL可以通過一對電線供電，這增加了收發器原理圖的復雜性。

圖3.基本PoDL架構：數據和電源共享相同的差分通道。

如前所述，為了支持汽車應用，以太網需要額外的軟件來提供確定性。這可以通過在IEEE 802.1中開發的音頻視頻橋接（AVB）協議來實現，IEEE 802.1是負責ISO/OSI模型中第二層的組織。

AVB 是一種提供時間同步和流量整形的軟件技術。有了這些基本概念，以太網可以可靠地傳輸音頻和視頻內容。AVB導致了一組稱為時間敏感網絡（TSN）的協議的定義，專注于工業和汽車市場，為以太網提供實時支持。

總而言之，IEEE 802.3bw加TSN可以成為汽車內確定性通信的合適解決方案，取代傳統總線。此外，100-Base-T1正在發展為新的1000-Base-T1標準，可以達到1 Gbps。然而，這種系統很復雜，這些技術還不夠成熟，無法在汽車市場中廣泛部署。

可能的情況

雖然汽車市場開始采用2B 對于汽車中的音頻傳輸，以太網在傳輸來自不同總線系統的數據時還遠未大規模實施。

圖4.多域體系結構。

主動降噪、免提系統、電動汽車 （EV） 噪聲生成和緊急呼叫 （eCall） 系統等應用受益于2B技術。此外，在未來，可以將來自數字傳感器的信息直接帶到A2B、簡化RNC系統的架構。

然而，A2B具有與總線速度相關的帶寬限制。一旦 1000-Base-T1 成熟，以太網可以達到 1 Gbps 的速度;有了這個帶寬，它可以輕松地帶來不同類型的數據，從傳感器到音頻/視頻流。

自動駕駛正在推動進一步的性能，朝著多千兆網絡連接的方向發展。那么，未來幾年我們應該期待什么樣的情況呢？

A2B是一種易于實現的技術，通過同一 UTP 提供電源和數據，并具有對固定延遲的確定性支持。

以太網與現有的100-Base-T1（以及未來的1000-Base-T1）將是一種融合技術，允許聚合多個數據總線，但增加功率（PoDL）和軟件確定性（TSN）的復雜性增加。

可能，基于 A 的混合解決方案2B用于音頻傳輸和傳感器，以及用于攝像頭、激光雷達和雷達的高速Gb以太網的主干網，可以滿足汽車行業未來的大部分中期需求。

審核編輯：郭婷