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車載用
Ethernet
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今日の自動車は、先進運転支援システム（ADAS）、車載式故障診断装置（OBD）、カメラおよびセンサ、車載インフォテインメント・システム、スマート・セーフティ・システムなどを実装するために、膨大な量のデータを生成し送信しています。これらの車載ネットワークでは、CAN/CAN-FD、LIN、FlexRay、SENT、PSI5、およびCXPIネットワークなどのバスを使用してこれまで実現可能であったものよりも、さらなる速さが求められています。
さらに、車両サブシステム間の統合を強化するための要件により、バックボーンに接続されたゲートウェイを含むスケーラブルなアーキテクチャや複雑なトポロジを重視しながら、基本的なアーキテクチャ上の変更が進められています。
技術的要件に加え、これらの車載ネットワークも、軽量で費用効率の高いものでなければならず、過酷な条件や広範囲な温度で動作しなければなりません。また、特に乗員の安全を守るために設計されているシステムのために、車載ネットワークは非常に信頼性が高くなければなりません。
車載Ethernetは、これらすべての要求に応えています。
MDIリターン・ロス + MDIモード・コンバージョン・ロスまでカバー
アンリツとテクトロニクスによる「車載Ethernet測定ソリューション」
車載Ethernetの利点
車載Ethernetは、データを100～150 Mb/sの速度で送信できる、軽量で費用対効果の高い選択肢です。これは、容量と統合の両方のニーズに対応する、実績のあるテクノロジです。車載用途以外のEthernetとは異なり、車載Ethernetケーブルには、より軽量で低コストの、シールドされていないシングル・ツイストペア・ケーブルを使用しています。PAM3/PAM4変調により、高速のデータ・レートと信頼性を実現しています。CAN、CAN-FD、LINなどのネットワークは、近い将来も利用される可能性があります。一方、車載Ethernetは、CANバスの約100倍の速度でデータを転送でき、将来の車載ネットワークのニーズを満たすのにより適しています。
車載Ethernetの規格
車載Ethernetの新たな用途が登場し、高速化するに従い、さまざまな標準化団体が、自動車メーカとそのサプライヤが満たさなければならない新しいテスト要件やコンプライアンス要件を公表しています。
米国電気電子学会（IEEE：The Institute of Electrical and Electronics Engineers）は、IPベースの車載Ethernetである100BASE-T1（P802.3bw）、マルチギガビットEthernet（IEEE 802.3ch）、1000BASE-T1（802.3bp）、および10BASE-T1S（IEEE 802.3cg）を発表しました。また、近年においては、PAM4エンコーディング方式で2.5Gbps、5Gbps、10Gbpsで動作可能なマルチギガビットEthernet（IEEE 802.3ch）規格を発表しています。
ハードウェアの相互運用性を確保し、さまざまな環境や動作条件で安全かつ予測可能な車両動作を保証するため、信号レベル、ノイズ、クロック特性に厳しい制約が課せられています。この規格で指定されているテスト技術は、Ethernetネットワークでは十分に確立されていますが、CAN やLINなどの低速シリアル・バスでの作業に慣れている多くの自動車エンジニアにとって、新たな設計課題となっています。
テクトロニクスは、高速シリアル設計の導入やトラブルシューティングのサポートにおいて、豊富な経験を生かすことができます。また、さまざまな機器やソリューションを使用して、エンジニアが行う設計のテストや検証、規格への適合の確認をお手伝いします。
車載Ethernet設計の検証
プロトタイプ・デバイスの構築後、システムとの統合をテストし、設計が仕様の範囲内にあることを評価します。
テクトロニクスのは、車載Ethernet設計を立上げ、評価するためのツールです。
- 高度な測定ツール、解析ツールを使用して、さまざまなユース・ケースで評価します。
- 統計的な解析やヒストグラムと共に、振幅や時間の測定などの自動測定は、信号品質チェックの第一歩です。
- アイ・ダイアグラムは、PAM3信号にノイズ、シグナル・インテグリティの問題がないかを評価する最も迅速な方法です。
- ジッタ解析ツールは、タイム・インターバル・エラー（TIE）、サイクル間、Rj/Djの測定を含む、マスタ／スレーブ・クロック・ジッタのプロファイルを解析し、潜在的なエラーの原因を特定します。
アイ・ダイアグラムは、複雑なPAM3波形を表示するのに最も適した方法です
車載用Ethernet設計のデバッグとトラブルシューティングの迅速化
複雑なネットワークでは、システムやコンポーネントに問題が発生することが予想されるため、迅速にデバッグして根本原因を突き止める必要があります。車載用Ethernetの高速データ・レートとエンベデッド・クロックは、ノイズや電力の変動による影響を受けます。
トラブルシュートの一環として波形評価に慣れているエンジニアであっても、PAM3信号をデバッグするのは難しい場合があります。また、車載用Ethernetは双方向バスであるため、対象となる信号を正確に捕捉するのがさらに難しくなる場合もあります。
拡張解析ソフトウェアで構成された当社オシロスコープは、トラブルシューティングを迅速かつ効果的に行うためのツールになります。
- クロック・リカバリの問題をトラブルシューティングするTIEとヒストグラム
- PAM3信号を迅速に評価するためのアイ・ダイアグラム
- ジッタがランダムであるかデターミニスティックであるかを判断することによってノイズ・ソースを特定する拡張ジッタ解析
- 拡張トリガ機能
- 干渉源を特定するためのFFT解析
複雑なシステムをトラブルシューティングするには、マルチチャンネル測定と、FFT解析やジッタ解析などの優れた信号インテグリティ・ツールが必要です。
このパワー・スペクトル密度テストを含む自動テストでは、結果をテスト限界と比較して規格に対するコンプライアンスを確認します。
設計が適合していることの確信
サブシステムをネットワーク環境に統合することにより、エンジニアはすべてのデバイスが相互運用可能であること、および個々の電子制御ユニット（ECU）が他のECUと安全に通信していることを示す、検証可能な客観的証拠を提供する必要があります。これは、ESDやEMI/EMCのテストにも及びます。
しかし、より複雑で高速なビット・レート（Mbps、Gbps）のシリアル・テクノロジの場合、テストはより難しい場合があります。
テクトロニクスは長年にわたりハイスピード・コンプライアンス・テストに携わってきており、この専門技術を自動車の新技術に適用しています。コンプライアンス・ソリューションは、100BASE-T1（802.3bpTM）およびBroadR-Reachまたは100BASE-T1 (802.3bwTM）のサポートも含みます。最新版のコンプライアンス・ソリューションは、マルチギガビットEthernet（IEEE 802.3ch）と10BASE-T1S（802.3cg）にも対応しています。すべてOPEN Allianceによって定義されたテスト要件に準拠しています。当社オシロスコープ 、スペクトラム／信号アナライザ は、ESDおよびEMCのテストにも対応しています。
信号分離による車載用Ethernetテスト
信号特性評価、プロトコル・テストでは、設計から検証、メンテナンスに至るまで、さまざまな問題点に直面します。ケーブルを切断せずに、ECU#1とECU#2間の実際のデータを観測し、全二重モードでのシグナル・インテグリティを評価し、さらにシステム・レベルでプロトコル・データを検証しようとすると、テストの複雑さ、作業時間、コストが増加します。当社独自の特許出願中の信号分離ソリューションは、市場で現在提供されている製品の欠点を克服するだけでなく、さまざまな優れた特長を備えています。
- ケーブルの切断や車載用Ethernetケーブルなどのハードウェア変更を行うことなく、全二重モードでECU#1とECU#2のトラフィックを分離
- ECU#1とECU#2のプロトコル・デコード・データを同時に表示。
- 全二重モードでのプロトコル・デコードの実行。
- 車載用Ethernet PAM3／信号分離。
- 車載用Ethernet：真の信号観測。
車載Ethernetテスト・ソリューション
車載Ethernet設計のテストには、オシロスコープ、適切なプローブ、信号源、ソフトウェア、および適切な テスト治具が必要です。テクトロニクスは、お客様のご要求に応えるよう、信号品質とコンプライアンスのための豊富なテスト・ソリューションをご用意しています。
| 車載Ethernetのテスト | オシロスコープ | ソフトウェア | プローブ | 信号源 | フィクスチャ |
|---|---|---|---|---|---|
| 信号品質テスト （信号分離、プロトコル・デコード、信号品質／デバッグ） |
  |
Opt. 5/6 -AUTOEN-SS：信号分離 Opt. 5/6 -PAM3（車載Ethernet信号解析） Opt. 5/6 -SRAUTOEN1（100BASE-T1プロトコル・デコード） Opt. 5/6 -DJA（ジッタ解析） |
|
ECUにより異なります。 当社までお問い合わせください。 |
|
| Open Alliance/IEEE PMA Txコンプライアンス・テスト |
|
Opt. 5/6-CMAUTOEN10（10BASE-T1S準拠） |
|
AFG31000シリーズ（リターン・ロス） | TF-XGBT |
| Opt. 5/6-CMAUTOEN（100BASE-T1/1000BASE-T1準拠） |
|
AFG31000シリーズまたはAWG5200シリーズ（歪みおよびリターン・ロス） | TF-XGBT、TF-BRR-CFD | ||
 |
Opt. BRR（100BASE-T1/1000BASE-T1準拠） |
|
AFG31000シリーズまたはAWG5200シリーズ（歪みおよびリターン・ロス） | TF-XGBT、TF-BRR-CFD | |
 |
Opt. AUTOEN10G（マルチギガビットEthernet準拠） |
|
－ | PCB S3401 SB 396373*1 |
自動テスト・ソフトウェアは、新規に購入するオシロスコープにインストールしたり、ご使用中のオシロスコープに追加したり、または同じシリーズの複数のオシロスコープで共有することもできます。当社までお問い合わせください。
車載Ethernetに関する参考資料
このウェビナでは、最新の車載用マルチギガビットEthernet（10 Gbps）のコンプライアンス・テストでの測定要件に関する洞察が示されています。
テクトロニクスの自動化アプリケーションが車載用マルチギガビットEthernet（IEEE802.3ch）のコンプライアンス・テストでいかに役立っているかをご覧ください。
フォルクスワーゲンは、車両のECUの数を70個から3個に削減することを計画しています。このブログでは、この削減が自動車メーカとサプライヤのテストにどう影響するかについて、テクトロニクスのチームが説明します。
車載用Ethernetのテスト機器
5シリーズMSOミックスド・シグナル・オシロスコープ
- 車載用Ethernetコンプライアンス・テスト・パッケージにより、業界規格のテストを自動化
- 統合されたアイ・ダイアグラムとオプションのジッタ解析により、信号の整合性を検証
- 350MHz～2GHz
- 最大8つの入力チャンネル
- 15.6型のピンチ／スワイプ／ズーム対応、高精細タッチスクリーンにより、より広い解析エリアを確保
6シリーズ B MSOミックスド・シグナル・オシロスコープ
- 車載用Ethernetコンプライアンス・テスト・パッケージにより、業界規格のテストを自動化
- 統合されたアイ・ダイアグラムとオプションのジッタ解析により、信号の整合性を検証
- 高感度設定における優れたノイズ性能
- 15.6型のピンチ／スワイプ／ズーム対応の高精細タッチスクリーン
DPO70000SXシリーズATIパフォーマンス・オシロスコープ
- DPO70000SXシリーズATIパフォーマンス・オシロスコープは、高速信号の挙動を優れた確度で取り込めるため、次世代設計の検証、動作確認、特性評価に最適です。
- 広範な規格サポート：MIPI、DisplayPort、HDMI、PCIe Gen3/Gen4/Gen5、SATA/SAS、USB3.1、Type-C、10/100BaseT～10G/100G Ethernetなど
コネクテッド・カー・アプリケーションの問題に悩んでいませんか？
車載 Ethernet に関するよくある質問
車載 Ethernet とは？
車載 Ethernet が使われる理由は？
その理由は、今日の自動車が、かつてないほど多くのデータを送信しており、従来よりも高速で、サブシステム間のより多くの統合、より複雑なトポロジを必要としているからです。車載Ethernetは、コスト効率と軽量性を維持しながら、これらの技術的要件を満たしており、自動車の過酷な動作条件に耐えることができます。
車載ネットワークにはCANとEthernetどちらがいい？
CANとEthernetはどちらも自動車用途で使用されていますが、EthernetはCANの100倍の速度があるため、推奨されるネットワークとして急浮上しています。また、サブシステム間でより多くの統合が可能になります。
車載ネットワークの今後は？
車載式故障診断装置、カメラ、センサ、先進運転支援、インフォテインメント、スマート・セーフティ・システムなど、自動車にはこれまで以上に高速で信頼性の高いデータ転送が求められるようになります。そして、車載Ethernetは、未来の自動車に最適なネットワークとしてさらに注目されています。