汽车以前所未有的速度不断演变，变得更加安全环保。互联网、信息共享、自动驾驶和电气化是当今汽车工业发展的主要话题。要使汽车能够做出复杂的决策，需要从车辆外部的传感器中收集大量的数据，以便在内部处理或显示。因此，要实时做出决策并采取行动，就需要超高速连接解决方案。在本文中，我们通过讨论一系列传统和当前的汽车网络以及满足关键技术要求的能力来考虑它们在这种关键安全应用中的市场潜力。

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高级驾驶辅助系统 (ADAS) 它可以同时处理来自多个摄像头的图像信息，并结合激光雷达、传统雷达和超声波传感器提供的其他数据（图片） 1）。

图 1.高级驾驶员辅助系统(来源:贸泽电子)

必须通过这些信息长达 15 米的电缆传输到分布在车辆各处的多个电子控制单元 (ECU)。传输这些数据的关键要求包括：

· 延迟：随着汽车的自动驾驶能力越来越高，延迟和数据错误将无法容忍。多个传感器和摄像头的信号实时创建外部环境 3D 再现。即使单个传感器数据流出现延迟和/或错误，也会导致 ECU 很难完全分析周围的环境，这可能会对车辆、乘客和附近的人造成潜在的灾难性后果。

· 可靠性和稳定性：车内有限的物理空间会干扰电磁(EMI) 成为一个真正的大问题。随着电子元件数量的增加，空间成为瓶颈，更容易受到串扰，因为元件和电缆更近。

· 冗余：和飞机一样，高度自动化和自动驾驶车辆需要多个故障安全系统，可以在故障点周围自动追溯数据，使车辆继续正常运行或停止控制。

· 带宽：ADAS 数据必须超过10Gb/s数据速率传输。

一些汽车网络技术在行业内已经使用了几十年，但由于操作简单、可靠、成本低，它们将继续部署在今天的车辆中。这些技术通常部署在低速控制应用程序中，包括数十个Kb/s本地互联网网络速度运行 (LIN)、高达 1Mb/s 控制器局域网 (CAN) 及其后继的 CAN_FD（高达 12Mb/s） . FlexRay 已被一些高端汽车 OEM 用于安全关键应用，支持高达 10Mb/s 数据速率。然而，这些都不能满足当前的需求 ADAS 这些传统的汽车网络解决方案基本上可以排除为应对新挑战的潜在候选技术。

以太网于 1973 年开发，并于 1985 电气和电子工程师协会的标准化 IEEE802.3.后来成为局域网数据通信协议，几乎是通用的。以太网信号可通过同轴电缆、光纤和非屏蔽双绞线电缆传输，速度从原来开始 10Mb/s到目前为止 1000Gb/s 以上。随着计算技术开始渗透到汽车应用中，行业已经研究了以可信的以太网协议作为数据连接解决方案。 2016 年，IEEE 在 IEE802.3bw 第一辆以太网标准发布在中间 100Base-T1。虽然有相似之处（两个版本都使用非屏蔽双绞线电缆，两根铜线沿电缆长度绞合在一起，以减少电磁辐射和串扰），但还是有一些区别。

图 2：TE Connectivity 汽车以太网连接器

100Base-TX 使用两对电缆，一对向一个方向传输发射信号，另一对向相反方向传输接收信号。汽车以太网仅使用单对线 (SPE) 进行传输和接收，从而使电缆更轻且更便宜。 100Base-TX 标准规定的最大电缆长度为 100 米，汽车以太网规定的最大电缆长度仅为 15 米，这个距离更适合汽车的尺寸和规模。另一个区别是减少 EMI 编码方案与串扰。以太网标准 100Mb/s IEEE802.3bw 版本已广泛应用于汽车应用。然而，这种速率不足以将来自多个传感器和高清摄像头的数据同时传输到 ECU，然后传输到显示器。 IEEE 802.3bp 或 1000Base-T1 千兆速率可通过双绞线实现，但其工作频率为 600 MHz，缺点是电缆更容易串扰，从而进一步复杂管理电磁噪声的任务。 2020 年，IEEE 出台了 802.3ch，它可以长达 15 在米的电缆上 2.5Gb/s、5Gb/s和 10Gb/s多千兆以太网的标准速率。虽然以太网的未来版本可能有更高的数据速率，目前汽车以太网似乎是传统汽车连接解决方案执行功能的绝佳替代品，但它无法满足要求 ADAS 系统和高分辨率显示器所需的带宽。

将高分辨率相机连接到显示器不需要像以太网这样完全对称的数据连接。不对称“SerDes该系统在发送端使用串行器 IC，解串器用于接收器端 IC，目前汽车 OEM 它被广泛用于传输高速视频和传感器数据。早期解决方案包括 APIX III (Inova)、GMSL(Maxim Integrated)和 FPD III-Link (Texas Instruments)，它们通过单个同轴或差分电缆提供高达 3 Gbps 数据速率，该技术的第二代被提升到一个通道 6 Gbps 数据速率(或使用两个组合通道) 12 Gbps）。与汽车以太网相比，SerDes 该系统使用不对称链路，这意味着一个方向(下行链路)的数据速率远高于另一个方向(上行链路)。与汽车以太网相比，SerDes 该系统使用不对称链路，这意味着一个方向（向下链路）的数据速率远高于另一个方向（向上链路）。这足以应用视频和传感器，因为摄像头是高速数据的主要来源，但只以更低的速度接收控制信号。显示单元也接收高速数据，但只是偶尔方向 ECU 例如，当手指放在触摸屏上时，发送控制数据。这种不对称方法简化了物理复杂性，降低了通道要求，允许汽车 OEM 定制一个比使用全双工、基于对称以太网相同速率方案更具成本效益的系统。移动工业处理器接口为满足汽车串行链路单个统一高速物理层接口的需要， (MIPII) 联盟成员开始发展 MIPI 汽车 SerDes 解决方案 (MASS)，并最终在2020 年 9 月发布A-PHY v1.0.这是第一个高速、长距离、物理层，与供应商无关，用于汽车应用 SerDes 解决方案，解决方案也是如此 IEEE 采用。该标准有一个路线图，最终实现高达 32 Gbps 数据速率使其能够很好地满足未来汽车中更多电子系统带宽的要求。

当汽车完全自动驾驶时，ADAS 传输和处理数据的系统数量和速率将急剧增加。传统的汽车网络解决方案太慢，无法成为应对日益增长的连接挑战的可行解决方案。虽然汽车以太网正在逐渐提供所需的数据速率，但它在与高分辨率显示器一起使用时缺乏所需的带宽。目前，非对称串行链路为最近为该技术建立的数千兆数据通信提供了最佳解决方案 APHY v1.0 该行业标准还显示了证明其未来应用的路线图。

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