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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]。
; E, n, [( c% M% ~0 T$ g" E光纖通信基礎(chǔ)
$ Q3 q: d( e% q5 y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]
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, l/ g( c8 l2 Q! d圖1:光纖通信系統(tǒng)。
1 a; }9 n4 t0 C9 J% i& b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。
' j. Y4 k0 v. [( W" F. A- _) l& `光纖類型; s" I. a0 ~, V1 S
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
u! {' i# v3 R' i) z2.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
' \ G6 [, V$ y( m1 i2 X' d光纖在車載通信中的優(yōu)勢4 _/ V& [% B# R
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:1.電磁兼容性(emc)+ R& @0 {7 |+ l* @# N& d7 u7 Q
對電磁干擾免疫不需要屏蔽消除電纜之間的串?dāng)_. e& y8 J0 ]' \; m8 R+ O' A
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)
' Q$ Z' Q0 q1 p) v0 F3.更輕的重量$ V/ x0 K L9 s+ a
減輕車輛總重量提高燃油效率' f$ e) S; L7 R, U/ \6 A
4.節(jié)省空間電纜直徑更小允許更緊湊的線束5 w6 j- p1 o& G2 R- c' W
5.成本效益 A2 F, i- c+ R; Y
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$ E" a) P' W$ ?5 T' @- N u
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圖2:電磁兼容性(EMC)在汽車環(huán)境中的影響。' W6 D4 m! }+ a0 i
4 O$ i: M" z. k- P" K汽車應(yīng)用中的挑戰(zhàn)2 j& z6 R7 V+ R" S+ ?2 H7 a9 J
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
- O k3 `( G! W6 ~' u2.連接器可靠性
/ e; [% u* e+ x7 y連接器必須在惡劣條件下保持光學(xué)對準(zhǔn)
0 b) q' H# P: ~" e. K3.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
% w) G. V& `" F" ]' ]4.與現(xiàn)有系統(tǒng)集成需要新的接口和協(xié)議
0 ?5 a, k- R$ F2 z6 G* `汽車用光纖測試
! Y. o# X& G- Y! F) f4 n9 S" ~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
/ }3 T6 ^7 A8 Y. T5 m" b2.振動測試模擬車輛振動測試電纜和連接器完整性0 U& P' G. c: M4 D- 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
) D. b, J: `: |( H& n4.環(huán)境測試防塵和耐化學(xué)性濕度暴露- H6 Z1 ]8 n, k( g. A( N& v
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圖3:銅纜的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。! E- ^2 h J" O; c. U( k J. S
$ v0 t; x0 `- @4 r& U, U" z
將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)
- B5 Y/ _! q5 B# B9 ?/ m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5 g1 R1 b, _6 u A+ R' |6 i d: A
2.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
/ n5 l M) L6 f9 ^7 n+ k) ]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! o$ Z6 a G/ O+ W
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9 h) E; @- p9 k0 N+ M/ l圖4:商用車輛中 ECU 的基本表示! I+ `! e/ ]1 _- Y9 _8 G6 C
`8 |. ~9 K7 Y/ f/ x( @. [* g! c4.診斷系統(tǒng)7 G7 [/ E O' G7 U2 ?" [
用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸
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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
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) x. [* ?% O `1 `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。
0 y) g e, [& S; N% h5 T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。4 L) Z7 M' m/ C0 i" |
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.& v1 k) E* i; u
6 V7 q! }* P, I- END -
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6 N4 O. P: K+ Y9 J7 s: x8 y' E2 S- X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。
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- L, g. V0 I7 p$ b, N轉(zhuǎn)載請注明出處,請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!, _9 O* S ~& ~! S. _- k
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; O3 }' y. {) l; J關(guān)于我們:
0 C1 [4 V0 Z. u0 [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)。
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