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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]。" O3 l; o" r# n) \' R
光纖通信基礎(chǔ)3 h+ ?' v- D0 h) j9 T% `
光纖通信系統(tǒng)使用光脈沖通過(guò)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]
    ' B# q# D' Z) r& ~2 Z- q4 y % d- A2 O  F8 a, g# H
    圖1:光纖通信系統(tǒng)。
    ( |* n, s0 C) }' z5 y& ^# E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(guò)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。
    " m7 Z% y+ A% f. m2 N光纖類型6 A2 J- g% b" D# M
    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
    2 Z* k, F& a5 [# b5 \% @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 S8 R2 j4 l5 A8 |/ D光纖在車載通信中的優(yōu)勢(shì)4 O1 h. h7 c% C  ?! p3 c; O$ Z8 h
    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% F+ e& i  A) p' a
  • 對(duì)電磁干擾免疫
  • 不需要屏蔽
  • 消除電纜之間的串?dāng)_
    & `6 A* u3 _4 {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(lái)的高帶寬應(yīng)用(例如自動(dòng)駕駛)' V7 n" l! J% ]7 b; c! M3 l( V
    3.更輕的重量
    ' k: c) R6 }7 q
  • 減輕車輛總重量
  • 提高燃油效率
    $ F3 w( z* I+ v4.節(jié)省空間
  • 電纜直徑更小
  • 允許更緊湊的線束6 U+ s0 e3 N1 F, V
    5.成本效益
    # v# A) k( y9 s  s
  • 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  I) F" i2 b; u5 P9 X
    5 J7 j7 w) \4 h% Z/ h7 F. V* }2 g
    圖2:電磁兼容性(EMC)在汽車環(huán)境中的影響。* M/ i2 h/ i! r$ |" x- I9 A- K

    4 f0 H( c4 T5 u) z0 [汽車應(yīng)用中的挑戰(zhàn)
    " @3 m. x5 D- j2 ~3 `  U5 |; a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
    : k4 y1 [8 Y2 e2 w3 e" t3 ~. [2.連接器可靠性2 h, s% K6 E- |3 K, r: L
  • 連接器必須在惡劣條件下保持光學(xué)對(duì)準(zhǔn)
    * m/ W* M# m( j9 O9 a3.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
    7 ?2 O' r. @/ {. {& B7 l* H4.與現(xiàn)有系統(tǒng)集成
  • 需要新的接口和協(xié)議
    0 \+ N7 E; H& |( T; N' K& Q9 U汽車用光纖測(cè)試* u8 u/ j8 |3 \; c
    為確保在汽車應(yīng)用中的可靠性,光纖組件必須經(jīng)過(guò)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
    " ]2 x: w5 l7 e# r! \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
    . H+ E" W" c0 d3.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
    ; S$ R3 V& [7 L4.環(huán)境測(cè)試
  • 防塵和耐化學(xué)性
  • 濕度暴露
    . M5 Z/ m# c$ O! A # R! F- E4 G, G0 B$ ]* |
    圖3:銅纜的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。
    6 I8 u0 c# t5 w, u. a' @* K0 t
    2 U3 |) |3 m. R2 \將光纖用于車載網(wǎng)絡(luò)& R& Z! V6 D, L: P: _% u
    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(lè)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" h8 U/ R- X  `1 T7 T
    2.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(lái)的自動(dòng)駕駛功能0 p( M+ z6 e+ P" s7 W4 W$ ]1 |
    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6 r; u$ l. }1 R" \. d! m8 T. q
    3 W! q/ \! U8 K4 K
    圖4:商用車輛中 ECU 的基本表示
    4 }; x' x5 R: Q; q, Q. F( W) y3 M& V) s3 q& [
    4.診斷系統(tǒng)
    & E" @3 j, f5 n  W8 O" ~; ^
  • 用于車輛診斷和軟件更新的高速數(shù)據(jù)傳輸
    , \: J, K1 W8 ^! U" }+ z1 I- m
    / P2 y) I' L% v) Q5 C! M1 T
    未來(lái)趨勢(shì)隨著車輛技術(shù)不斷進(jìn)步,光纖將在未來(lái)扮演越來(lái)越重要的角色。未來(lái)趨勢(shì)包括:
  • 光學(xué)組件在ECU中的集成度增加
  • 開(kāi)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(lái)增加帶寬
    0 \) e+ r3 I: z& U/ \  d  j

    ) z! f2 Q" m: K( M: U- w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(guò)程中仍然存在挑戰(zhàn),但持續(xù)的研究和開(kāi)發(fā)正在解決這些問(wèn)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。
    - {# X- c$ ~+ t通過(guò)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。
    0 {8 V/ z% r6 _; t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, 2020.2 |$ ~3 z" ], y. ^. O  s1 W8 j
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    * `2 }: V) K8 u3 e點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請(qǐng)1 T9 _* G, h6 s: y
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    歡迎轉(zhuǎn)載
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    7 |0 `. ~8 p" g+ F& X6 D轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處,請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!
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    $ Y8 Q  E4 x3 z. C' i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(kāi)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)。
    1 {- j( x1 @! E6 j# V7 B% E& {: i" f' J- z
    http://www.latitudeda.com/
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