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車載光纖通信技術(shù)介紹

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發(fā)表于 2024-9-6 08:00:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
引言光纖通信技術(shù)正在成為汽車行業(yè)車載網(wǎng)絡(luò)的革新性技術(shù)。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(chǔ)知識及其在商用車輛中的潛在應(yīng)用[1]。
. `! v: [! ?+ I/ k% Z/ J: k1 T% @光纖通信基礎(chǔ)
' O. Z+ D: b  ?" j光纖通信系統(tǒng)使用光脈沖通過細(xì)玻璃或塑料纖維傳輸信息;鞠到y(tǒng)由以下部分組成:
  • 發(fā)射器 - 將電信號轉(zhuǎn)換為光脈沖
  • 光纜 - 引導(dǎo)光脈沖
  • 接收器 - 檢測光脈沖并轉(zhuǎn)換回電信號[/ol]) ?- ~# K* c$ x+ x

    9 R7 l7 g+ f  y4 ^圖1:光纖通信系統(tǒng)。' \8 v7 T( c+ d" [. R( V% D
    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(xué)材料
  • 涂層 - 保護(hù)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(dǎo)。這是因為纖芯具有比包層更高的折射率。
    2 X9 j( Z0 O3 t6 q1 H' y光纖類型* \5 y: C" W7 Q1 a8 |
    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(dá)10 Gbps)
  • 用于長距離傳輸
  • 更易碎,對彎曲敏感0 Z9 k9 I: `$ O% s
    2.塑料光纖(POF)
  • 由塑料材料制成
  • 更堅固和靈活
  • 安裝和維護(hù)更容易
  • 數(shù)據(jù)傳輸率較低,但足以滿足大多數(shù)車載應(yīng)用需求3 Y1 z! }  C, d0 @; \7 B
    光纖在車載通信中的優(yōu)勢. j+ W- v' j3 D; p
    與傳統(tǒng)銅纜相比,光纖為車載網(wǎng)絡(luò)提供了幾個優(yōu)勢:1.電磁兼容性(emc
    4 R0 ^* b0 |7 i2 b! W
  • 對電磁干擾免疫
  • 不需要屏蔽
  • 消除電纜之間的串?dāng)_
    & J: k6 T- ~/ E8 [. O* j" x2.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(yīng)用(例如自動駕駛)
    4 k( C* j0 n3 j1 a3.更輕的重量
    # K  Y9 e1 ~& c# p- L; w7 i" s# E& a1 w
  • 減輕車輛總重量
  • 提高燃油效率
    8 ]% v: A: e9 P( k4.節(jié)省空間
  • 電纜直徑更小
  • 允許更緊湊的線束
    : H4 j( ]1 K+ s. P- y; L, g0 i! X5.成本效益
    . g8 n  j; L0 h1 k' [3 y0 a
  • 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) V! X4 t% G' M+ Y: a/ {
    6 ^2 p8 ~  {6 L+ F' j
    圖2:電磁兼容性(EMC)在汽車環(huán)境中的影響。
    4 c; t" i" Z3 \! \9 b' O
    4 e6 I7 m: R1 {汽車應(yīng)用中的挑戰(zhàn)
    . h# h; \" l- t; h8 K$ j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$ Q. N) m) N* n' B) i9 H
    2.連接器可靠性0 S1 w6 P! I" R7 ~
  • 連接器必須在惡劣條件下保持光學(xué)對準(zhǔn)4 ?3 z- S( g  ?1 f  o' ^
    3.彎曲半徑限制
  • 特別是對于玻璃纖維,急劇彎曲可能導(dǎo)致信號損失- d% Q6 c( ^. y$ w
    4.與現(xiàn)有系統(tǒng)集成
  • 需要新的接口和協(xié)議
    " K/ Y: L* X1 m( ?* C% Q* N/ U汽車用光纖測試0 _# x. T- z$ D2 O) A( s) H" E, h' x
    為確保在汽車應(yīng)用中的可靠性,光纖組件必須經(jīng)過嚴(yán)格測試。一些關(guān)鍵測試包括:1.溫度測試
  • 熱循環(huán)
  • 高溫和低溫極限
    & o0 {- t0 h+ p' G) J; K( W! ]2.振動測試
  • 模擬車輛振動
  • 測試電纜和連接器完整性8 p& R8 R8 j7 [
    3.彎曲損耗測試
  • 測量由于電纜彎曲導(dǎo)致的信號損失
  • 對車輛安裝至為重要
    + r6 n! |' q) |0 @- \4.環(huán)境測試
  • 防塵和耐化學(xué)性
  • 濕度暴露) p$ i3 b* _4 z. Y( V4 h

    9 z+ j' W" [3 R6 H& d& @8 n圖3:銅纜的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。& T8 S; h( p3 W
    ' A$ [: W- {7 S8 e+ k- Z' j/ ]
    將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò); q: s5 s9 z2 L4 ?; X" O
    在考慮將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)時,以下幾個領(lǐng)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(jī)與揚聲器、顯示器和攝像頭
    $ i; ?* X( n0 n- j5 q+ Z2.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
    1 F( f/ G% Q4 q6 i" t  J' G, M3.車身控制模塊
  • 連接各種電子控制單元(ECU)
  • 對電動機(jī)和執(zhí)行器的電磁干擾免疫- Q0 t( S2 e$ T, A4 i5 n& |

    9 ]2 S# w  r4 `, b6 {$ J+ p圖4:商用車輛中 ECU 的基本表示5 j+ s% Z- x) N8 y7 K
    # ]+ I" |' V8 [' q* }
    4.診斷系統(tǒng)1 m. ?5 O: C$ ~; i! C4 M$ Q6 l# {
  • 用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸* K  W! K; q3 Z* _+ E- c8 {$ V! I
    $ V3 h0 [) L/ E0 z7 G; U) p7 B
    未來趨勢隨著車輛技術(shù)不斷進(jìn)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(xué)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(luò)光學(xué)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化
  • 結(jié)合銅纜和光纖的混合系統(tǒng)
  • 使用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)來增加帶寬" I& y: i+ \* Q! a% r& p
    , j6 ?, Y! o* X- x5 @3 d8 F9 a: h" G2 X
    結(jié)論光纖通信為車載網(wǎng)絡(luò)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(gòu)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。
    ( l" ?. s% C/ W  A. R% w1 d& @通過了解光纖通信的基礎(chǔ)知識及其在車輛中的應(yīng)用,工程師和設(shè)計師可以更好地為汽車行業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)變做準(zhǔn)備。
    2 p- P& W- Z) T# R: @5 N- D0 s參考文獻(xiàn)[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.
    . n  m4 W  O1 Q2 j0 q& o' Z+ A5 W" m
    - END -
    , t8 I5 {% [; @4 p
    5 R# b* B, [( }5 U; l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(yīng)用,PIC Studio都可提升您的工作效能。
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    歡迎轉(zhuǎn)載8 i4 w5 v$ L9 w. _/ l, X4 \6 ?
    / N8 y1 u7 P) t
    轉(zhuǎn)載請注明出處,請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!
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    2 f' J' ^* H7 _) n/ I2 t; }' |/ L深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)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(shè)計和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。+ i; O7 V& ?" S# h0 E$ x$ I

    1 Z/ h! ]3 _6 Q3 ?2 v; i& P. Shttp://www.latitudeda.com/# m) o) P, ~9 C1 l: a- T/ h  C( z
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