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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(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g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(shí)及其在商用車輛中的潛在應(yīng)用[1]。# `. f: N: J0 |7 b5 I
光纖通信基礎(chǔ)
+ X/ g" N0 R* |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(hào)轉(zhuǎn)換為光脈沖
  • 光纜 - 引導(dǎo)光脈沖
  • 接收器 - 檢測(cè)光脈沖并轉(zhuǎn)換回電信號(hào)[/ol]  R! p' P2 }$ S

    0 ~' `: R# E3 Y8 F0 P9 W圖1:光纖通信系統(tǒng)。+ k' i0 f* x) f1 q, j8 \% p
    光纖本身由三個(gè)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?yàn)槔w芯具有比包層更高的折射率。
    2 B) r. H8 R" c7 j1 ~/ j光纖類型
      `9 i1 W# j0 A1 V9 w2 D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(zhǎng)距離傳輸
  • 更易碎,對(duì)彎曲敏感. X( o, d9 k* ?; D, B
    2.塑料光纖(POF)
  • 由塑料材料制成
  • 更堅(jiān)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
    4 V5 o7 y( y4 V* s+ F' c光纖在車載通信中的優(yōu)勢(shì)- B# N8 G) N5 j' b  N7 d
    與傳統(tǒng)銅纜相比,光纖為車載網(wǎng)絡(luò)提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì):1.電磁兼容性(emc
    5 H2 B* \1 h2 d/ [1 v2 e6 R
  • 對(duì)電磁干擾免疫
  • 不需要屏蔽
  • 消除電纜之間的串?dāng)_9 f  t+ J! d2 y6 w0 q
    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(yīng)用(例如自動(dòng)駕駛)- E$ [6 o/ D6 |2 ]2 L: ~" c7 ]
    3.更輕的重量
    8 l* i& t+ Z, ?* H1 L3 z% J
  • 減輕車輛總重量
  • 提高燃油效率) D9 {' _, M8 g  j
    4.節(jié)省空間
  • 電纜直徑更小
  • 允許更緊湊的線束
    & k% g; O, {7 {( ~0 s+ H5.成本效益  `5 q# p4 U- a$ s1 }1 h
  • 盡管初始成本可能更高,但在重量和EMC緩解方面可以長(zhǎng)期節(jié)省成本) t0 L4 d  z& s6 I* m9 H
    2 g* T: }5 _" f" O3 p. I
    圖2:電磁兼容性(EMC)在汽車環(huán)境中的影響。
    ) D2 I0 j, v$ L
    / w( _( i( `% O' ]' Y汽車應(yīng)用中的挑戰(zhàn)7 ~8 V6 G/ ?# F" m% B3 T6 @
    盡管有這些優(yōu)勢(shì),在車輛中實(shí)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(dòng)和沖擊能力
    + a1 q, R* Z9 y8 y# N; t% b2.連接器可靠性5 _0 i1 X, O% w
  • 連接器必須在惡劣條件下保持光學(xué)對(duì)準(zhǔn)
    4 Z: C2 ~# W$ L, e. l/ _" G; k/ v3.彎曲半徑限制
  • 特別是對(duì)于玻璃纖維,急劇彎曲可能導(dǎo)致信號(hào)損失) j+ c3 J/ y4 r& W
    4.與現(xiàn)有系統(tǒng)集成
  • 需要新的接口和協(xié)議  y8 Z3 }! u6 c7 J9 {
    汽車用光纖測(cè)試: X5 }+ y) |8 e# \4 ?! {% k4 Q5 v, I
    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(cè)試。一些關(guān)鍵測(cè)試包括:1.溫度測(cè)試
  • 熱循環(huán)
  • 高溫和低溫極限+ I7 \, Y- x0 {3 E; i3 W7 S
    2.振動(dòng)測(cè)試
  • 模擬車輛振動(dòng)
  • 測(cè)試電纜和連接器完整性  [, n* m3 q4 Y* e
    3.彎曲損耗測(cè)試
  • 測(cè)量由于電纜彎曲導(dǎo)致的信號(hào)損失
  • 對(duì)車輛安裝至為重要
    % f3 [6 ]% \9 U2 H" k( }4.環(huán)境測(cè)試
  • 防塵和耐化學(xué)性
  • 濕度暴露- o9 H; D& m1 ?& J- K7 J2 I
    5 u: z0 Y/ ^2 |8 f* h& s+ r% [
    圖3:銅纜的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。
    + C" I/ ]- z4 K! ~; x0 Q$ T
    % w6 }- {6 Y. h3 c6 y" x) i將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)
    2 j6 ?9 o- T4 j0 l$ V在考慮將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)時(shí),以下幾個(gè)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(yáng)聲器、顯示器和攝像頭
    8 T& l0 O4 Q, l2.高級(jí)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(dòng)駕駛功能8 ~. _! j5 b) X( u
    3.車身控制模塊
  • 連接各種電子控制單元(ECU)
  • 對(duì)電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行器的電磁干擾免疫5 k/ s- W1 E, o, @, B) j
    ) C7 H9 `! B" Y+ X& k
    圖4:商用車輛中 ECU 的基本表示
    % [( @# K( \  x2 R$ z0 a, u. Y9 O+ i/ N* |) a
    4.診斷系統(tǒng)2 }, x2 L4 h7 ^9 F+ t2 F* m" n
  • 用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸
    9 u; s/ F% v- i  Y" {+ d4 R

    ( Y4 Q1 |3 B* g  A9 f1 f" P未來趨勢(shì)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(shì)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- c* A, g. _/ c" P5 N* V$ c
    9 H5 _- I  `( ~) h
    結(jié)論光纖通信為車載網(wǎng)絡(luò)提供了顯著優(yōu)勢(shì),特別是隨著車輛變得更加電子化。盡管在實(shí)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(dòng)和自動(dòng)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。# @0 _/ a( h# b8 Y% n- ]% }9 L0 e
    通過了解光纖通信的基礎(chǔ)知識(shí)及其在車輛中的應(yīng)用,工程師和設(shè)計(jì)師可以更好地為汽車行業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)變做準(zhǔn)備。
    ; S5 u* v! O' @% g0 G9 o1 ^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.& G7 w7 L. n' N5 \
    9 q3 x1 ~, s. h4 g! E, Q
    - END -
    : S3 R5 t: W2 N6 H) [/ ^9 @
    / b% G9 t6 Y  e$ [. v( x& l! n1 {軟件申請(qǐng)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(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)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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    1 b4 J; a% C' v. f0 a# v2 c$ f4 F6 Z2 d; I4 T' V+ P  |

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    # ^8 [! t- |4 S: q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(jì)自動(dòng)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(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)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(jì)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(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動(dòng)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)。$ V3 K. z9 c7 m( I

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