車載光纖通信技術介紹

逍遙設計自動化

引言光纖通信技術正在成為汽車行業(yè)車載網(wǎng)絡的革新性技術。隨著現(xiàn)代車輛集成更多電子組件并需要更高的數(shù)據(jù)流量，傳統(tǒng)的銅纜傳輸正在接近其極限。本文將探討光纖通信的基礎知識及其在商用車輛中的潛在應用[1]。
$ z3 f" k' s- E, W% X, h1 J+ ]光纖通信基礎
光纖通信系統(tǒng)使用光脈沖通過細玻璃或塑料纖維傳輸信息�；�本系統(tǒng)由以下部分組成：

發(fā)射器 - 將電信號轉換為光脈沖

光纜 - 引導光脈沖

接收器 - 檢測光脈沖并轉換回電信號[/ol]

5 f, N) s) P3 \8 D4 S7 p/ i* k: l圖1：光纖通信系統(tǒng)。
光纖本身由三個主要部分組成：

纖芯 - 光傳播的中心區(qū)域

包層 - 具有較低折射率的外層光學材料

涂層 - 保護性外層[/ol]光通過纖芯-包層界面的全內(nèi)反射在纖芯中傳導。這是因為纖芯具有比包層更高的折射率。
光纖類型
通信系統(tǒng)中使用的光纖主要有兩種類型：1.玻璃光纖

由石英玻璃制成

更高的數(shù)據(jù)傳輸率（高達10 Gbps）

用于長距離傳輸

更易碎，對彎曲敏感
8 ^- ~: N& F- |3 ~2 O8 b2.塑料光纖（POF）

由塑料材料制成

更堅固和靈活

安裝和維護更容易

數(shù)據(jù)傳輸率較低，但足以滿足大多數(shù)車載應用需求
光纖在車載通信中的優(yōu)勢
! ^5 V5 A( w2 O# Z( _與傳統(tǒng)銅纜相比，光纖為車載網(wǎng)絡提供了幾個優(yōu)勢：1.電磁兼容性（emc）

對電磁干擾免疫

不需要屏蔽

消除電纜之間的串擾
2.更高的帶寬

可以傳輸比銅纜多得多的數(shù)據(jù)

支持未來的高帶寬應用（例如自動駕駛）
% b4 X: h6 ?6 ?) K3.更輕的重量
, m) x8 B: }4 P$ r# B3 u7 @

減輕車輛總重量

提高燃油效率
2 S- G# U/ l* ]1 D2 F2 A4.節(jié)省空間

電纜直徑更小

允許更緊湊的線束
5.成本效益

盡管初始成本可能更高，但在重量和EMC緩解方面可以長期節(jié)省成本
, j0 t- L7 X1 K* C3 \# ]% K
圖2：電磁兼容性（EMC）在汽車環(huán)境中的影響。
. \- E9 w7 B0 t, a1 Z
) i5 \# T1 O& x& N# U汽車應用中的挑戰(zhàn)
5 Z. f% S! I$ q盡管有這些優(yōu)勢，在車輛中實施光纖仍然面臨一些挑戰(zhàn)：1.環(huán)境條件

必須承受極端溫度（-55°C到+125°C）

需要抗振動和沖擊能力
* W9 ]* N. s& T4 r- W4 w, \3 D2.連接器可靠性

連接器必須在惡劣條件下保持光學對準
0 Z9 `, A: y8 D  q; s6 L3.彎曲半徑限制

特別是對于玻璃纖維，急劇彎曲可能導致信號損失
4.與現(xiàn)有系統(tǒng)集成

需要新的接口和協(xié)議
汽車用光纖測試
為確保在汽車應用中的可靠性，光纖組件必須經(jīng)過嚴格測試。一些關鍵測試包括：1.溫度測試

熱循環(huán)

高溫和低溫極限
2.振動測試

模擬車輛振動

測試電纜和連接器完整性
: |+ ~+ C) B- m! ^0 Z3.彎曲損耗測試

測量由于電纜彎曲導致的信號損失

對車輛安裝至為重要
4.環(huán)境測試

防塵和耐化學性

濕度暴露
& v4 i0 }: e/ c. G: u( ?
* x1 [1 [: h- K圖3：銅纜的標準溫度值。
# Y3 ?( W' ~4 r, x! Q$ k
將光纖用于車載網(wǎng)絡
在考慮將光纖用于車載網(wǎng)絡時，以下幾個領域顯示出潛力：1.信息娛樂系統(tǒng)

音頻/視頻流傳輸?shù)母邘��?li>連接主機與揚聲器、顯示器和攝像頭
" [. \1 N" U& O- F* x2.高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

傳感器和處理器之間的高速、低延遲連接

支持未來的自動駕駛功能
$ G' |8 G# y+ z: B6 u. p& |3.車身控制模塊

連接各種電子控制單元（ECU）

對電動機和執(zhí)行器的電磁干擾免疫

4 [+ I! B+ ]* m& n: B圖4：商用車輛中 ECU 的基本表示

# a$ N8 b2 S' `1 r4.診斷系統(tǒng)
' {7 B; L! ]( N# D8 M& z

用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸

. h4 m) @. l+ h! l  I5 ^) n1 b未來趨勢隨著車輛技術不斷進步，光纖將在未來扮演越來越重要的角色。未來趨勢包括：

光學組件在ECU中的集成度增加

開發(fā)專用于汽車的光纖連接器

車載網(wǎng)絡光學協(xié)議的標準化

結合銅纜和光纖的混合系統(tǒng)

使用波分復用（WDM）技術來增加帶寬

結論光纖通信為車載網(wǎng)絡提供了顯著優(yōu)勢，特別是隨著車輛變得更加電子化。盡管在實施過程中仍然存在挑戰(zhàn)，但持續(xù)的研究和開發(fā)正在解決這些問題。隨著汽車行業(yè)向電動和自動駕駛車輛發(fā)展，光纖可能成為車輛架構的重要組成部分，為下一代汽車系統(tǒng)提供所需的高速、可靠通信。
+ A. N* M3 `! |5 v: U通過了解光纖通信的基礎知識及其在車輛中的應用，工程師和設計師可以更好地為汽車行業(yè)的技術轉變做準備。
參考文獻[1]P. V. V. Adhithyan, "Optic Fiber Communication in Commercial Vehicles: Testing of mechanical rigidity," M.S. thesis, Dept. Elect. Eng., Linnaeus Univ., V?xj?, Sweden, 2020.
) j9 X5 O& E" g% ~9 W( t
0 \7 B$ t. }8 V, P- END -
# b% ]% E, l8 G1 Y" q4 [9 M
3 J* U; e9 d% @9 G) u7 Q軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗免費版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點擊左下角"閱讀原文"馬上申請
& d" n$ w& f2 \
# ]7 O- C  Q( C1 q5 c歡迎轉載

/ B2 G* B, @0 ]6 C1 [: m3 h! M轉載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！

% r) o, J8 h+ U# `


! r/ d; n' }: X3 u
關注我們

9 O9 u1 @/ J6 \% y5 H3 v

4 ~: _0 A: g6 ^+ c2 }* e6 D# O- j% Y

( Q! y; k! i* E' ]% C* l4 J  q

                     


  E/ P/ n- K" b# s! c2 k. z
關于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導體芯片設計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設計和仿真軟件，提供成熟的設計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設計與仿真。我們提供特色工藝的半導體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務，廣泛服務于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術與服務。

) H& a% e* i3 ~# b% W# E; lhttp://www.latitudeda.com/
' w: P( i9 G' g$ J（點擊上方名片關注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）