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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?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)知識及其在商用車輛中的潛在應(yīng)用[1]。
7 H5 P% g) J) X光纖通信基礎(chǔ)
% M! }  y: o& h8 @' T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。基本系統(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]
    2 |8 ]% d+ [  _! A9 l% q3 [ 5 F* V7 ]( ]2 V3 R! n
    圖1:光纖通信系統(tǒng)。( s1 A7 o9 O5 L  R) j
    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?yàn)槔w芯具有比包層更高的折射率。
    4 S$ [' c3 n* y+ j/ _$ l1 m光纖類型
    : X; @: i7 h0 {' y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
    * [. X" n9 J, U) e% z0 `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  l) h% v. h% m
    光纖在車載通信中的優(yōu)勢: |0 V* F! o$ X. a
    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
      |3 t- J+ p* c0 d1 M& B
  • 對電磁干擾免疫
  • 不需要屏蔽
  • 消除電纜之間的串?dāng)_# \% b# a9 o+ `( H' A$ x
    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(例如自動駕駛)
    & i1 P. M+ `6 w/ J! }. s  p3.更輕的重量
    + m7 y2 q2 V7 w1 W4 O2 P$ y
  • 減輕車輛總重量
  • 提高燃油效率
    : n* f3 |' h: b; |4.節(jié)省空間
  • 電纜直徑更小
  • 允許更緊湊的線束
    , ^- O- N' h7 B  k) u7 R8 [# i5.成本效益8 z7 e( ^: l9 }1 x2 s+ Q
  • 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
    - N& ^. b5 O$ ^8 d, F& P" R# S( ?
    ; }/ W4 j: T/ [, Q  T圖2:電磁兼容性(EMC)在汽車環(huán)境中的影響。- W/ F  x* W/ B: ?+ ?+ M/ ~
    1 h- \3 R( U0 a+ c
    汽車應(yīng)用中的挑戰(zhàn)
    , S8 p1 l# y+ ?+ d. a" e6 I8 G盡管有這些優(yōu)勢,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)
  • 需要抗振動和沖擊能力5 S8 o  h; z1 g6 G) T2 F7 N( m
    2.連接器可靠性
    * ~0 x$ [+ R- q
  • 連接器必須在惡劣條件下保持光學(xué)對準(zhǔn)
    - U+ m% y) R! J! s3.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) T0 h2 {* i% Q5 D6 J  L
    4.與現(xiàn)有系統(tǒng)集成
  • 需要新的接口和協(xié)議
    1 f  i& ], j0 W! A- r汽車用光纖測試
    $ Q7 Z9 k4 q2 J0 e/ l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, L" @, M! A, }3 T+ o/ P
    2.振動測試
  • 模擬車輛振動
  • 測試電纜和連接器完整性
    3 Z( T" F6 v5 K! i  |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# q; ?5 Q  x& }9 D/ L3 t
    4.環(huán)境測試
  • 防塵和耐化學(xué)性
  • 濕度暴露
    3 e- p6 a, D& z, ]5 D: Q& h+ ~) ~( y ! X/ N  a0 m) t2 L, o$ L& L$ t3 f
    圖3:銅纜的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。2 C) k4 Q2 z: B2 M1 H0 j6 J
    ' d& q' n* G% `- [( j
    將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)9 R% \0 @; O2 v) y
    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(yáng)聲器、顯示器和攝像頭
    6 U( n& A! h6 l. G; `7 V+ Z3 N/ w2.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3 h+ w6 e& c4 Q: N0 {# ~1 H
    3.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: x, r* Y" t& L$ b7 ~; z9 E5 H

    , W# H  d6 W. X/ F圖4:商用車輛中 ECU 的基本表示7 O8 `9 F+ [# ^/ t0 Z, i$ W

    : ~$ q4 _! S8 ]5 f3 n$ M4.診斷系統(tǒng)
    + H5 [& E. y  ?) s
  • 用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸2 _& h4 D' i0 c1 o: o

    & B9 f. B6 Q: t. N( g2 u" U; y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" g( Y( W5 ?, @" N

    $ l! {% S' I/ x6 C, T! z2 f) E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(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。) X' p* G# E0 ?
    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(jì)師可以更好地為汽車行業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)變做準(zhǔn)備。
    , x+ S9 P+ g2 R& F7 a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.+ D  S& L: ^) E" K
    * O0 X! ~$ J$ p
    - END -
    ) Z( Z" B( u0 z5 @# d& F7 }) d6 @; L) r, d3 G6 s; ?( j7 C
    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?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。5 Q- }  Y8 I% ]. l9 \1 b" X- O0 T5 C- p
    點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請" O, j) m6 K0 c% ?% Z' F

    " T3 W, N) K' Y歡迎轉(zhuǎn)載
    ( ?( k1 Q$ @# I) Q: `
    # i' t6 i+ l8 j- ]$ v9 f  c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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    3 _& \/ J1 s# N/ f
    , \: y# u% K9 o" j9 v+ [. n9 H' Q關(guān)于我們:
    * ]- T( [; k8 n1 ^& E; t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)。
    / ~: _' e$ C$ e! P( O7 t0 h0 J- I# M" ~1 [: r1 y
    http://www.latitudeda.com/
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