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Automotive-Ethernet-Architektur

Automotive
Ethernet

Die heutigen Fahrzeuge erzeugen und übertragen riesige Datenmengen zur Implementierung von Fahrerassistenzsystemen (FAS), On-Board-Diagnosesystemen, Kameras und Sensoren, Infotainment-Systemen und intelligenten Sicherheitssystemen. Diese fahrzeuginternen Netzwerke benötigen wesentlich höhere Geschwindigkeiten als jene, die bisher mit Bus-Netzwerken wie CAN/CAN-FD, LIN, FlexRay, SENT, PSI5, und CXPI möglich waren.

Darüber hinaus führen die Anforderungen an eine verstärkte Integration der Fahrzeugsubsysteme zu grundlegenden strukturellen Veränderungen, wobei das Hauptaugenmerk auf skalierbaren Architekturen und komplexeren Topologien liegt, darunter über ein Backbone verbundene Gateways.

Abgesehen von den technischen Anforderungen müssen diese fahrzeuginternen Netzwerke auch leicht, kostengünstig und für den Betrieb unter rauen Bedingungen und großen Temperaturunterschieden geeignet sein. Darüber hinaus müssen sie vor allem bei Systemen, welche die Sicherheit der Fahrzeuginsassen schützen sollen, äußerst zuverlässig sein.

Und Automotive Ethernet erfüllt alle diese Anforderungen.

Vorteile von Automotive Ethernet

Automotive Ethernet bietet eine kostengünstige Option mit geringem Gewicht, die Daten mit Geschwindigkeiten von 100-150 Mb/s liefern kann. Es basiert auf bewährter Technologie und erfüllt die Anforderungen sowohl an Kapazität als auch Integrationsfähigkeit. Im Gegensatz zu Non-Automotive-Ethernet sind Automotive-Ethernet-Kabel ungeschirmte, einadrige Twisted-Pair-Verkabelungen, die für ein geringeres Gewicht und niedrigere Kosten sowie PAM3/PAM4-Modulation ausgelegt sind, um hohe Datenraten und Zuverlässigkeit zu erreichen. CAN, CAN-FD, LIN und andere Netzwerke werden zwar in nächster Zeit weiterhin relevant sein, doch Automotive Ethernet kann Daten etwa 100-mal schneller transportieren als ein CAN-Bus und ist besser geeignet, die Anforderungen künftiger Automotive-Netzwerke zu erfüllen.

Standards für Automotive Ethernet

Mit der Entstehung neuer Anwendungen für Automotive Ethernet und in Anbetracht immer höherer Geschwindigkeiten geben Normungsorganisationen neue Prüf- und Anforderungskataloge heraus, die Automobilhersteller und ihre Zulieferer erfüllen müssen.

Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat Standards für IP-basiertes Automotive Ethernet 100BASE-T1 (P802.3bw), für Multi-Gigabit-Ethernet (IEEE 802.3ch), 1000BASE-T1 (802..3bp) und 10BASE-T1S (IEEE 802.3cg) eingeführt. Erst kürzlich hat das IEEE den Multi-Gigabit-Ethernet-Standard (IEEE 802.3ch) eingeführt, der einen Betrieb mit 2,5 Gbps, 5 Gbps und 10 Gbps mit dem PAM4-Kodierungsschema ermöglicht.

Um die Kompatibilität der Hardware und einen vorhersagbaren Fahrzeugbetrieb in einer Vielzahl von Umgebungen und unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu gewährleisten, werden strenge Anforderungen an Signalpegel, Rauschen und Taktcharakteristik gestellt. Obwohl die in den Normen spezifizierten Prüfverfahren sich für die Überprüfung von stationären Ethernet-Netzwerken bereits seit langem bewährt haben, stellen sie Ingenieure aus dem Automotive-Bereich entwurfsmäßig vor neue Herausforderungen, da der Schwerpunkt hier bisher auf langsamen seriellen Bussen wie CAN  und LIN lag.

Tektronix verfügt über umfassende Erfahrung dabei, Kunden bei Implementierung und Fehlerbehebung für serielle Hochgeschwindigkeits-Designs zu unterstützen und bietet hierfür vielfältige Geräte und Lösungen an, die Ingenieuren bei der Prüfung und Validierung ihres Designs helfen und dessen Konformität mit den einschlägigen Normen sicherstellen.

Validierung Ihres Automotive-Ethernet-Designs

Sobald der Prototyp eines Gerätes aufgebaut wurde, ist es an der Zeit, seine Integration in das System zu testen und zu charakterisieren, um sicherzustellen, dass es im Rahmen der Spezifikation liegt.

Die Tektronix-Oszilloskope sind für die Charakterisierung Ihres Automotive-Ethernet-Designs ein unschätzbares Werkzeug.

  • Vollständige Charakterisierung in verschiedenen Anwendungsfällen mit fortschrittlichen Mess- und Analysewerkzeugen
  • Automatisierte Messungen, wie Amplituden- und Zeitmessungen, sowie statistische Analysen und Histogramme sind für die Prüfung der Signalqualität ein guter Ausgangspunkt.
  • Augendiagramme sind das schnellste Mittel zur Evaluierung von PAM3-Signalen auf Rausch- und Signalintegritätsprobleme hin.
  • Jitter-Analyse-Tools liefern vollständige Profile des Master/Slave-Takt-Jitters, einschließlich des Zeitintervallfehlers (TIE) und Cycle-to-Cycle-, Rj/Dj-Messungen, und isolieren die potenzielle Fehlerquelle.
eye diagram automotive Ethernet testing

Augendiagramme sind das beste Mittel zur Betrachtung von komplexen PAM3-Wellenformen.

Schnelles Debugging und Fehlersuche Ihres Automotive-Ethernet-Designs

Es ist zu erwarten, dass Fehler in komplexen Netzwerksystemen oder einzelnen Komponenten ein schnelles Debugging der Fehlerursache erforderlich machen. Die höheren Daten- und Taktraten im Automotive Ethernet reagieren empfindlich auf Rauschen und Leistungsschwankungen.

Ingenieure sind mit der Evaluierung von Kurvenverläufen als Teil ihrer Herangehensweise in der Fehlersuche bestens vertraut und empfinden das Debugging von PAM3-Signalen oftmals als schwierig. Da es sich bei Automotive Ethernet um einen bidirektionalen Bus handelt, kann die Erfassung des gewünschte Signals schwieriger sein.

Tektronix-Oszilloskope, die mit einer Analysesoftware konfiguriert sind, bieten die Werkzeuge, die für eine schnelle und effektive Fehlersuche bei Nichteinhaltung von Spezifikationen erforderlich ist.

  • TIE und Histogramme zur Fehlerbehebung bei Problemen mit der Taktrückgewinnung
  • Augendiagramme zur schnellen Auswertung von PAM3-Signalen
  • Erweiterte Jitter-Analyse zur Identifizierung von Rauschquellen durch die Bestimmung des zufälligen und deterministischen Jitters.
  • Erweiterte Trigger-Funktionalität
  • FFT-Analyse zur Isolierung von Störquellen
troubleshooting automotive Ethernet design

Die Fehlersuche von komplexen Systemen erfordert Mehrkanalmessungen und leistungsfähige Signalintegritätswerkzeuge, wie FFTs und Jitter-Analysen.

automotive Ethernet compliance Automotive Ethernet Compliance Solutions

Automatisierte Tests wie Leistungsdichtemessung bestätigen die Einhaltung der Norm, indem die Ergebnisse mit den Testgrenzen vergleichen werden.

Verschaffen Sie sich Sicherheit, dass Ihre Designs normgerecht sind

Mit der zunehmenden Integration von Subsystemen in vernetzte Umgebungen müssen Ingenieure nachprüfbare, objektive Nachweise liefern, dass jedes Gerät kompatibel ist und ein einzelnes Steuergerät (ECU) zuverlässig mit jedem anderen Steuergerät kommunizieren kann. Die Anforderungen erstrecken sich auch auf ESD- und EMV/EMI-Prüfungen.

Die Einführung von komplexeren, schnellen seriellen Mbps- und Gbps-Technologien ist jedoch schwerer zu überprüfen.

Tektronix ist seit vielen Jahren im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Konformitätsprüfung involviert und bringt dieses Wissen auch in die Erprobung neuer Technologien im Automobilbereich ein. Konformitätsprüfungen unterstützen sowohl 100BASE-T1 (802.3bpTM) als auch BroadR-Reach oder 100BASE-T1 (802.3bwTM). Die neueste Konformitätsprüfung ist für Multi-Gigabit-Ethernet (IEEE 802.3ch) und 10BASE-T1S (802.3cg) konzipiert. Alle halten die von der OPEN Alliance definierten Prüfanforderungen ein. Tektronix Oszilloskope und Spektrum-/Signalanalysatoren können auch für ESD- und EMV-Prüfungen eingesetzt werden.

Einführung in die Signaltrennung für Automotive Ethernet-Prüfungen

Die Signalcharakterisierung und der Protokolltest von Automotive-Ethernet können vom Entwurf über die Validierung bis hin zur Wartung eine Herausforderung darstellen. Die Anzeige tatsächlicher Daten zwischen ECU#1 und ECU#2, die Bewertung der Signalintegrität im Vollduplex-Modus und die Untersuchung von Protokolldaten auf Systemebene ohne Bruch des Automotive-Ethernet-Kabels verursachen zusätzliche Testkomplikationen, Zeit und Kosten. Die einzigartige, zum Patent angemeldete Signaltrennungslösung von Tektronix überwindet die Unzulänglichkeiten der aktuellen Angebote auf dem Markt und ermöglicht es den Kunden:

automotive Ethernet signal separation

Automotive-Ethernet-Prüflösungen

Zum Prüfen eines Automotive-Ethernet-Designs sind häufig ein Oszilloskop, geeignete Tastköpfe, eine Signalquelle, Software sowie geeignete Prüfvorrichtungen erforderlich. Um Ihren Anforderungen gerecht zu werden, bietet Tektronix ein umfassendes Sortiment an Testlösungen für Signalqualität und Konformität.

Automotive Ethernet-Prüfung Oszilloskop Software Tastköpfe Signalquelle Fixture
Prüfung der Signalqualität
(Signaltrennung, Protokoll-Dekodierung, Signalqualität und Fehlersuche)
MSO (Mixed-Signal-Oszilloskope) der Serie 5

MSO der Serie 5 (nur Windows)

MSO (Mixed-Signal-Oszilloskop) der Serie 6

MSO der Serie 6 B (nur Windows)

Option 5/6 -AUTOEN-SS: Signaltrennung
Option 5/6 -PAM3 (Automotive Ethernet-Signalanalyse)
Option 5/6 -SRAUTOEN1 (Dekodierung des 100BASE-T1-Protokolls)
Opt. 5/6 -DJA (Jitter-Analyse)

Niederspannungsdifferentialtastkopf TDP1500

Niederspannungsdifferentialtastkopf TDP3500

TDP1500/TDP3500

Stromtastkopf für Oszilloskope TCP0030

TCP0030A / P6022

  ECU-abhängig
Informationen erhalten Sie bei Tektronix
Open Alliance/IEEE PMA-Tx-Konformitätsprüfung MSO (Mixed-Signal-Oszilloskope) der Serie 5

MSO der Serie 5 (nur Windows)

MSO (Mixed-Signal-Oszilloskop) der Serie 6

MSO der Serie 6 B (nur Windows)

Option 5/6-CMAUTOEN10 (10BASE-T1S-Konformität)

Niederspannungsdifferentialtastkopf TDP1500

TDP1500

AFG31000-Serie (Rückflussdämpfung) TF-XGBT
Option 5/6-CMAUTOEN (100BASE-T1/1000BASE-T1-Konformität)

Niederspannungsdifferentialtastkopf TDP1500

Niederspannungsdifferentialtastkopf TDP3500

TDP1500, TDP3500

AFG31000- oder AWG5200-Serie (Verzerrung und Rückflussdämpfung) TF-XGBT, TF-BRR-CFD
Digital- und Mixed-Signal-Oszilloskop der MSO/DPO70000-Serie

DPO70000C/DX
ATI-Hochleistungsoszilloskop DPO70000SX

DPO70000SX

Option BRR (100BASE-T1/1000BASE-T1-Konformität)

Niederspannungsdifferentialtastkopf TDP1500

Niederspannungsdifferentialtastkopf TDP3500

TDP1500, TDP3500

AFG31000- oder AWG5200-Serie (Verzerrung und Rückflussdämpfung) TF-XGBT, TF-BRR-CFD
Digital- und Mixed-Signal-Oszilloskop der MSO/DPO70000-Serie

DPO70000DX

ATI-Hochleistungsoszilloskop DPO70000SX

DPO70000SX

Option AUTOEN10G (Multi-Gigabit-Ethernet-Konformität)

Niederspannungsdifferentialtastkopf P7720

P7700-Serie (optional)

n. v. PCB S3401 SB 396373*1
* Weitere Informationen erhalten Sie bei Tektronix.

Die Software für automatisierte Tests kann auf einem neuen Gerät installiert, zu einem vorhandenen Gerät hinzugefügt oder von mehreren Oszilloskopen der gleichen Serie gemeinsam genutzt werden. Weitere Informationen erhalten Sie bei Tektronix.

Ressourcen für Automotive Ethernet

Geräte für Automotive-Ethernet-Prüfungen

Stehen Sie vor Herausforderungen in weiteren Connected Car Anwendungen?







Häufig gestellte Fragen zu Automotive Ethernet

Warum wird Ethernet in der Fahrzeugtechnik genutzt?

Da moderne Fahrzeuge mehr Daten übertragen als je zuvor, benötigen sie höhere Geschwindigkeiten, eine stärkere Integration zwischen Subsystemen und komplexere Technologien als die früher üblichen. Ethernet erfüllt diese technischen Anforderungen und bleibt trotzdem kostengünstig bei geringem Gewicht und kann den rauen Bedingungen des Fahrzeugbetriebs standhalten.

Was ist für Anwendungen in der Fahrzeugtechnik am besten: CAN oder Ethernet?

Auch wenn CAN und Ethernet beide in Anwendungen für die Fahrzeugtechnik zum Einsatz kommen, setzt sich Ethernet rasch als bevorzugtes Netzwerk durch, weil es mehr als 100-mal höhere Geschwindigkeiten als CAN bieten kann. Es ermöglicht auch mehr Subsystem-übergreifende Integrationen.

Wie sieht die Zukunft von Fahrzeugnetzwerken aus?

Mit On-Board-Diagnose, Kameras, Sensoren und fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen, Infotainment und intelligenten Sicherheitssystemen werden in Fahrzeugen immer mehr Daten noch schneller und zuverlässiger übertragen werden müssen als je zuvor. Und Automotive Ethernet etabliert sich als das Netzwerk der Wahl für die Autos der Zukunft.