車載網路（IVN）是現代汽車不可缺的支柱之一，促進高級駕駛輔助系統（ADAS）、資訊娛樂系統、攝影機、車對車通訊系統，甚至是無線電波雷達和光探測雷射雷達（liDAR）在內 的遙感技術等進階功能所需的資料流。
IEEE 10 BASE-T1S 乙太網路標準是什麼?
調和如此龐大的汽車組件挑戰並不小，更何況確保每個組件都符合各市場的合規標準。 而使用雙絞線的10-BASE T1S 汽車乙太網路技術恰好能幫助製造商克服相關的困難。 它的設計專門為在汽車等即嘈雜又含有電磁的環境中高速地（10 Mbps）傳輸資料。
10 BASE-T1S 的名稱說明此乙太網路技術如何透過基頻訊號或單一通道上的 10BASE 促進資料傳輸。 與使用四對電線的傳統乙太網路不同的是，T1S 是專門在單對環境中的應用。
當然，10 BASE-T1S 的推出也意味著基 CAN/CAN-FD 以來汽車製造商必須適應的全新標準。 好消息是，Rohde & Schwarz 技術經理 Curits Donahue 和 GRL 全球汽車總監 Rainer Eckelt 在本文中整合了最有相關的 10BASE-T1S 合規性智訊以方便您參考。
汽車乙太網路與自動駕駛汽車
隨著汽車變得更加自主和互聯，汽車的架構也越來越軟體化。 根據專家預測，汽車將在2030年實現所謂的“5級自駕”，使得乘客可以完全依靠汽車系統來監控周圍環境。
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駕駛自動化的等級分為 1 級（無自動化功能）到 5 級（全自動化）。
現代車載架構 (IVN)
當然，想要實現高度自動化就要求製造商設計幾乎毫無瑕疵的監控和備份系統。 雖然聽起來有些不可思議，少數的人也會在當年想像出如今的 ACES（自動化、連網、電動和共享）車款會如此普遍。 現代車內網路（IVN）已經具備更高水準的運算能力和資料吞吐量，以保護和傳輸來自複雜感測器的資料。 同時，IVN 的硬體設計也為了優化了功耗和重量效率而日益複雜。
IVN架構改進的一個顯著方面是更趨向於域集中式的獨立電子控制單元（ECU）。 ECU 格式讓更少數的網域控制站覆蓋單一網域，而單一網域則由更小的檢查器和 ECU 組成。 域集中式設計已經幫助汽車實現了3級自動駕駛，讓通勤者輕鬆地讓系統接管轉向、加速和監控周圍環境的任務。
自動駕駛汽車為什麼需要 10 BASE-T1S？
10 BASE-T1S 的第一個概念驗證出現在 2000 年代初至 2010 年。 100 BASE-TX 隨著與一系列匯流排和交換器配件一起出現，也是製造商首次將 USB 連接埠和資訊娛樂系統納入車載環境。 從此以後，車載乙太網路接管了車載系統的大部分連網功能，並引入了更高和更低的位元率。
自動駕駛汽車的市場潛力
隨著科技的進步，消費者的意識和需求也不斷提高。 如今，超過一半的汽車客戶 (64%) 表示願意更換 OEM 以獲得更好的自動駕駛能力。 類似比例的美國客戶 (66%) 將共享行程和免鑰匙進入功能為基本標準。 到2030年，預計95%的新銷售車輛將實現互聯，其中歐洲銷售的電動車佔53%。
10BASE-T1s 技術概覽
於 2019 年獲得批准的10 BASE-T1S 是 IEEE 旗下最新的汽車規範之一。 雖然 10 BASE-T1S 不一定是最快的規範，但它能幫助製造商在速度、成本和系統協同效應之間取得平衡。
在其他汽車規格使用脈衝幅度修正（PAM）訊號的情況下，10 BASE-T1S 則使用差分曼徹斯特編碼（DME）。 此外，10 BASE-T1S 也支援點對點和多路傳輸架構。 多路傳輸功能適用於長達 25 公尺的頻道，並能支援 8 個節點。 最後，10 BASE-T1S 系統有一個稱為 PLCA 的調和子功能，以促進多點功能，可以算是 IEEE 汽車規範中比較新穎的標準。
PAM vs DME
10 BASE-T1S DME 訊號的主要優勢之一是產生成本與 PAM 相比低得多。 DME 在 0 和 1 電平之間的轉換頻率遠高於 PAM，有助於更快地恢復時鐘，從而降低產品成本。
示範 DME 和 NRZ/PAM2 之間 0 和 1 電平轉換頻率的位元流範例。
多點拓撲
10 BASE-T1S 具有一個混合段，旨在允許多台裝置連接到同一頻道。 終端節點設備（100Ω）和下降節點（50Ω）之間的電阻差使設備可以在非常接近的時間內通過同一通道進行通訊。 這與其他車載乙太網路規格中設備相互之間的通訊方式截然不同。
另一種設定是使用 100Ω 終端末端節點和單一 100Ω 阻抗終端來取代電纜，以達到相同的效果。
物理層防碰撞 (PLCA)
由於傳統乙太網路在很大程度上是一種定義了MAC 的點對點架構，較新的10 BASE-T1S 必須在使用預定義MAC 的同時以多路傳輸模式運行，其中調和子層必須介於實體編碼 層(PCS) 和MAC 之間。 這樣，每個設備都能發送信標，用於確定設備的傳輸順序，最終避免碰撞。
10 BASE T1-S 應用程式和用例
10 BASE T1S vs 100/1000 BASE-T1 vs 傳統 IVNs 比較
10 BASE-T1S 有時被稱為介於 100/1000 BASE-T1 和傳統 IVN 之間的黃金標準。 它支援多路傳輸架構，資料傳輸速率也比傳統網路更快，同時成本較低。
相較之下，先前的汽車技術（如 100/1000 BASE-T1）性能高，但成本也高，使用的是頻寬高的 PAM 訊號以及交換器實現的感測器和啟動器。 另一方面，CAN、CAN FD 和 Flexray 等傳統 IVN 成本較低，但資料傳輸率也較低，同時具有後來被乙太網路採用的多路傳輸架構。
分區建築
區域架構由區域智慧交換器組成，具有到系統單晶片 (SoC) 裝置的高速上行鏈路。 從那裡，可以與 100/1000 BASE-T1 高速感測器和執行器以及用於低速感測器和設備的 10 BASE-T1S 進行點對點連接。
10 BASE-T1S 測試規範
想要確保一致性和穩定性，必需先了解如何測試 10 BASE-T1S。 這要求工程師在定義的環境中以可擴展和可重複的方式複製多點技術。
物理媒介附著物 (PMA) 測試標準
下圖描述了 BUS 的設定。 多點和 BUS 段會產生大量雜訊影像測試流程。 GRL 與 TC 14 組共同開發了振鈴電路板，它總線設備限制在單一設定中，同時讓工程師重現於真實 BUS 的相同環境。
為了進一步模擬常在 BUS 顯示的場景，GRL 與 TC 14 團隊密切合作，找出出示波器上最精確的校準設定和參數。 若想了解詳情，請參考網路研討會示範。
PMA RX 校準
在模擬應力訊號的 RX 端，BUS 設定、振鈴板和頻率產生器為我們提供了創建不同等級抖動的可能性。 這將顯示 BUS 將如何根據定義訊號的雜訊幅度增大而改變。
鏈路合作夥伴可以在測試模式 1 和 3 中改變，也可重複使用。 它顯示振幅變化所引起的抖動效應。
PCS/PLCA 測試標準
PCS/PLCA 測試規範涉及文件的中間部分，影響到從 SoC 發送數位端資料的方法階段的編碼和傳輸。 10 BASE-T1S 有兩層，而 100/1000 BASE-T1 只有 PCS 層編碼和傳送到前端。 10 BASE-T1S 上的 BUS 介面提供了一個新的 PLCA，可產生信標並在每個節點上建立用於傳輸的視窗。
以 ping 請求為例，MDI 表示資料在物理側的傳入位置。 接著會有短暫的延遲，直到訊號移到另一邊的 RMII 介面。
PMA 测试设置 (TX)
在多點段中，有兩個阻抗為 100Ω 的終端節點。 在此場景中，一個分接節點處於發送模式 (50Ω)，另一個分接節點處於接收模式（高阻抗）。 當其中一個傳輸時，另一個保持沉默，有效減少訊號反射。
這與 100/1000 BASE-T1 和其他促進點對點的乙太網路技術的做法相同。
以下降節點取代點對點設備將在測試設定中造成 50Ω 和 100Ω 之間的不匹配。 這違反了 IEEE 規範，該規範要求 PMA 測試案例來測量兩種配置。
那我們要如何測量50Ω元件的特性呢？ 在多點範例中，點對點終端節點和傳輸分接點節點在示波器上連結的另一端建立 100Ω 的線路終端。 該 100Ω 實際上與具有下降節點或被測設備的示波器並聯。
這包括抖動和幅度，可以在測試夾具中實現，或在 PCB 建議中添加可選的硬體修改以增加阻抗。
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關於作者
Rainer Eckelt 專注於擴展 GRL 針對汽車乙太網路、PCIe、SerDes 和 USB 等高速介面的測試服務和解決方案。 此前，他曾擔任 NXP 的現場應用工程師、FibreCode GmbH 的總經理以及 SMSC/Microchip 的 MOST 工具組合總監。
