雷竞技注册
新闻

两种低功耗版本的汽车以太网正在切割二氧化碳排放量

2020年8月05日通过史蒂夫·阿拉尔

道路车辆的二氧化碳排放量占全球的17%以上。两种类型的汽车以太网设计可能会降低这一比例。

道路车辆在全球二氧化碳排放中占相当大的比例22013年的排放量约为17%。强制性的目标是为汽车制造商减少这些有害排放。

降低碳排放(以及与燃料消耗相关的成本),我们必须最大限度地减少汽车的不同电子元件的功耗,包括车载网络(INV)。这就是为什么在选择汽车应用网络技术时,为什么低功耗可以是差分特征。

在本文中,我们将简要讨论以太网的两个低功耗版本。我们也将看看Microchip的LAN8770 -最近发布的以太网PHY据微芯片公司介绍,这种产品的睡眠电流比市场上其他产品的睡眠电流低四倍。

汽车以太网的优点

汽车电气系统继续越来越复杂。现代化的汽车可以拥有100多个电子控制单元(ECU)。

为了支持全自动驾驶,我们可能需要多达20个雷达,6个摄像头,以及车辆对一切(V2X)通信。该系统每天产生和处理的数据量可达20tb。需要一个高带宽网络来及时传输所有这些信息。对高带宽的需求使以太网成为现代INV应用的一个吸引人的解决方案。

以太网的另一个优点是它可以减少所需的线束的重量,从而减少燃料消耗。线束通常是汽车(后面的机箱和发动机)中的第三个最重和最高的成本分量。

这是由于几种不同的通信标准,如CAN、FlexRay、MOST和LVDS,通常用于一辆汽车,每个电子组件可以有不同的布线和通信要求。一个典型的线束如下所示:

典型的线束

典型的线束。图片由植物

以太网的高带宽允许我们从不同的组件中具有在相同以太网上彼此的不同组件进行通信。

100年base-t1汽车以太网在IEEE 802.3bw标准中规定,通过非屏蔽单双绞线(UTP)提供100mbps的通信速度。基于UTP电缆的统一通信标准可以显著降低所需线束的重量和成本。

以太网的高带宽可以使自动驾驶和ADA成为现实。然而,这项技术的功耗最初被开发为局域网的网络解决方案,而不针对汽车应用进行了优化。

下面,我们将介绍以太网的两个低功耗版本:1)节能以太网和2)基于开放联盟睡眠标准的版本。

节能以太网

IEEE 802.3阿兹指定以太网的低功耗版本,称为节能以太网(EEE),试图在非活动以太网链路上节省电源。

只要一个节点有数据包需要传输,它就会保持活动状态,燃烧全部能量。当没有数据需要发送时,该节点只在链路上发送空闲报文。通过观察这些空闲数据包,连接到链路的节点可以同意进入低功耗空闲(LPI)模式,此时单元只消耗其全部功率的10%左右。

在这种模式下,链接保持安静秒并通过刷新周期r秒如下图所示。

各种节能以太网状态的近似过渡时间和功耗

各种节能以太网状态的近似过渡时间和功耗。图片由林雪平大学

这些时间段的典型数字是T= 20ms和Tr= 200µ年代。在刷新周期中,该链路用于在设备之间共享部分同步数据。这使发送和接收节点保持一致,并允许我们在需要时快速重新激活链接。

如图所示,从活动到LPI和LPI到活动模式的转换需要t年代和Tw秒数分别。

EEE可以导致利用率低的以太网提供巨大的节能。然而,作为Linköping大学的研究人员指出,过渡间隔(t年代和Tw)增加延迟,这可能是实时应用中的严重挑战。

左图描绘了EEE中的链路利用率与电源使用,而右图显示链接利用率与数据包延迟

左边的图描述了EEE和没有EEE的链路利用率与功耗的关系,而右边的图显示了链路利用率与包延迟的关系。图片(修改)由IEEE通讯杂志

通过以太网全局唤醒

OPEN联盟开发了一种唤醒机制,唤醒信号可以分布在整个网络中,激活之前处于睡眠模式的所有ecu。在该模型中,单片机触发唤醒(WUP)信号。这个唤醒信号会很快传播到网络中的所有ecu。

在全球唤醒之后,不需要的单位尽快回到睡眠模式。全局唤醒而不是选择性唤醒的优势在于,在通信堆栈的相关层中,该设备将导通的知识。

请注意,唤醒信号通过以太网链路本身分布而不是单独的唤醒线。因此,我们需要保留一部分物理始终活跃以检测任何迫在眉睫的唤醒信号。

Microchip的单端口以太网PHY

Microchip的新单端口100Base-T1以太网PHY,LAN8770,演示了通过以太网实现全球唤醒的可行性;具体来说,该设备支持开放联盟TC10睡眠标准。根据Microchip,它的睡眠电流小于15μA,大约比市场上其他产品的睡眠电流低大约四倍。

LAN8770

LAN8770。图像(修改)使用微芯片礼貌

它旨在满足汽车EMI要求,是1级(-40°C至+ 125°C)汽车AEC-Q100合格。支持的MAC通信接口包括MII / RMII(LAN8770M)和MII / RMII / RGMII(LAN8770R)接口。

该设备包括一个可选的125 MHz或50 MHz参考时钟输出,可用于RGMII和RMII接口。LAN8770M和LAN8770R分别有5mm × 5mm和6mm × 6mm QFN封装。

新以太网PHY适用于信息娱乐头单元,远程信息处理和ADAS应用。


你有一个或两个低功耗版本的以太网设计经验吗?请在下面的评论中分享你的经验。