100BASE-T1和1000BASE-T1的拓扑结构
汽车以太网用法灵活,并能显著提高数据速率(与传统的 CAN HS/FD 相比),因此能够桥接各种复杂的通信域,如图1所示。这一特性进一步强化汽车以太网在未来车载数据通信架构中的作用,而在未来,ADAS、信息娱乐系统和动力系统等关键应用将在汽车领域内显著增长。
ECU通常使用非屏蔽双绞线(UTP)相互连接,就像在 CAN 或 FlexRay 应用中一样(图2)。
这种做法有一些好处,例如使用简单、成本低。但是,应该考虑到非屏蔽电缆可能会出现电磁噪声耦合方面的问题。在真实的汽车线束中,不同的电缆会组合成一束电缆,因此它们之间存在一定的干扰风险。具体而言,在典型总线拓扑的 UTP 内,感应电气噪声可达到 100 V,这已经得到几个测试中心的证实。在这种情况下,ESD 保护器件不能触发,以避免发生通信故障和链路丢失。这就提出了一项新的要求,即 ESD 保护器件的触发电压要高于 100 V。
开放技术联盟推荐了一个包含电子元件的原理图,如图 3 所示。
左侧的收发器模块包含物理层接口(PHY)以及一些基本的滤波元件和片上 ESD 保护。下一个必须具有的模块是带有共模终端的共模扼流圈(CMC),用于减少不需要的共模,从而减少 EMI。ESD 器件位于连接器附近,它可以在一个封装(如SOT23)中包含两个 ESD 保护二极管,或者在 DFN1006BD 封装中为每条单独的线路包含两个 ESD 二极管。在其他类似的原理图中,ESD 保护器件放在 CMC 和 PHY 之间。
注:强烈建议将 ESD 保护器件直接置于连接器上。在此位置,ESD 电流会被钳位至 GND,因此不会影响 PCB、以太网 PHY 或其他元件,如图 4 所示。此外,根据100/1000MBase-T1 规范的要求,触发电压超过 100 V 的 ESD 保护器件置于连接器上、CMC 前面时,可以发挥更显著的保护作用。100BASE-T1 和 1000BASE-T1 之间的主要区别在于带宽(分别为 66 Mbps 和 750 Mbps)。因此,它们对信号完整性(SI)有一些不同的要求,具体会体现在一些电路的选择上。相较于 1000BASE-T1,在 100BASE-T1 中,ESD 保护器件的器件电容可以略高一些。此外,CMC应遵循开放技术联盟(OA)关于 100BASE-T1、1000BASE-T1 和千兆级应用的规定。本应用笔记后面将提供更多相关信息。