Murata Misure di soppressione del rumore ADAS per 1000Base-T1

Trasmissione del segnale tramite Ethernet per il settore automobilistico

Le interfacce Ethernet e altre interfacce per il settore automobilistico utilizzano segnali di trasmissione differenziali che offrono emissioni minime e resistono agli effetti del rumore esterno. Poiché il rumore esterno entra spesso in entrambe le linee di segnale di trasmissione differenziale nello stesso modo, questo non influisce sulla loro differenza e queste linee presentano una forte resistenza al rumore esterno. Altro vantaggio: poiché le linee di segnale nella coppia sono adiacenti, si annulla qualsiasi campo magnetico generato dalle correnti di segnale. Pertanto, è difficile che il rumore sia emesso esternamente.

Problemi di rumore nell'Ethernet per il settore automobilistico

Nelle linee di trasmissione differenziali (dove il rumore non tende a essere generato), i problemi di rumore possono ancora verificarsi quando una corrente di modo comune è generata da una varietà di fattori.

Fattori di rumore di modo comune

Una caratteristica delle linee di trasmissione differenziali è che in genere il rumore di modo comune non è generato. Ma se si verifica uno sfasamento (differenza di tempo) o una differenza di ampiezza nei segnali tra entrambe le linee, il bilanciamento del segnale tra entrambe le linee sarà perso. Di conseguenza, si genera il rumore di modo comune.

Soppressione del rumore Ethernet per il settore automobilistico

Problemi Ethernet Esistono differenze tra i cavi utilizzati in Ethernet e i cavi utilizzati per HDMI, USB e altri standard.

I cavi HDMI, USB e simili presentano una coppia composta da una linea di segnale e una linea di terra separata. Di conseguenza, anche se una corrente di modo comune scorre, tale corrente passa attraverso la linea di terra e ritorna. Pertanto, il campo magnetico generato dalla corrente di modo comune è cancellato e le emissioni di rumore non tendono a verificarsi.

Invece, i cavi Ethernet non hanno una linea di terra. Pertanto, il percorso in cui la corrente di modo comune ritorna è un terreno che passa attraverso la capacità di dispersione e le emissioni di rumore tendono ad essere generate più facilmente.

Bobina di arresto di modo comune

Una bobina di arresto di modo comune (CMCC) è efficace nelle misure di soppressione del rumore per Ethernet del settore automobilistico e altre trasmissioni differenziali.

La bobina di arresto è formata Avvolgendo due linee in direzioni opposte attorno a un nucleo comune. I flussi magnetici generati da entrambe le linee per la corrente di modo differenziale si annullano reciprocamente e non vi è alcun effetto sulla corrente differenziale. I flussi magnetici generati da entrambe le linee per la corrente di modo comune si rafforzano reciprocamente e fungono da induttore. Grazie a questa azione, il rumore di modo comune può essere efficacemente attenuato senza influire sui segnali differenziali.

Utilizzo di CMCC nell'Ethernet per il settore automobilistico

L'equilibrio del CMCC è importante nell'Ethernet per il settore automobilistico. In caso di differenze nelle lunghezze o negli avvolgimenti delle due linee che comprendono il CMCC, la corrente potrebbe diventare squilibrata. Ciò potrebbe causare la conversione di modo e generare rumore di modo comune. Per questo motivo, è necessario selezionare un CMCC progettato per mantenere il bilanciamento di entrambe le linee.

La CMCC DLW32MH101XT2 di Murata è ideale per la soppressione del rumore 1000Base-T1. Presenta un valore di impedenza basato sull'uso in 1000Base-T1 e offre un design bilanciato per evitare che si verifichi la conversione di modalità.

DLW32MH101XT2

Il CMCC DLW32MH101XT2 fornisce tre elementi chiave:
•Efficace per sopprimere il rumore emesso dalle linee di segnale nelle reti per il settore automobilistico.
•Completamente compatibile con lo standard
Ethernet 1000Base-T1 per il settore automobilistico • Intervallo delle temperature di funzionamento da -40°C a +125°C per le applicazioni del settore automobilistico

Prevenzione delle emissioni di conduzione

Condizioni di misurazione delle emissioni condotte Le emissioni condotte sono state misurate (metodo a 150 Ω) utilizzando una scheda di prova EMC 1000Base-T1.

Confronto dei risultati dell'attenuazione del rumore

Il rumore di modo comune è condotto dalla linea di segnale sulla scheda di prova EMC 1000Base-T1. La misurazione è eseguita utilizzando un ricevitore EMI. In questo studio, i CMCC sono stati modificati per confrontare il rumore.

CMCC utilizzati nelle prove di emissione

Per i CMCC di prova, Murata ha utilizzato il DLW32MH101XT2 (CMCC per 1000Base-T1). A titolo di confronto, sono stati utilizzati il DLW43MH201XK2 (CMCC per 100Base-T1) e il DLW32SH101XK2 (CMCC per CAN).

Risultati di misurazione

I risultati delle misurazioni delle emissioni condotte mostrano che il DLW32MH101XT2 progettato per 1000Base-T1 è stato più efficace nella riduzione del rumore e ha soddisfatto i valori limite. DLW43MH201XK2 e DLW32SH101XK2 non sono stati in grado di ridurre rumore sufficiente per soddisfare i valori limite.

Meccanismo di generazione del rumore

Si ritiene che un fattore nei diversi risultati di soppressione del rumore da parte dei CMCC sia l'effetto della caratteristica di conversione della modalità Ssd12 del CMCC (Figura 1, sotto). Quando il valore Ssd12 è alto, un'elevata percentuale dei segnali di modo differenziale immessi sono convertiti in rumore di modo comune. Di conseguenza, il livello di rumore è aumentato.

Punti chiave di soppressione del rumore

I risultati di misurazione delle emissioni condotte indicano la quantità di rumore di modo comune che può essere ridotta da Scc21 a basse frequenze. Indica anche quanto della quantità convertita in modo comune può essere ridotta ad alte frequenze dalle caratteristiche di conversione in modalità Ssd12.

Note sulla progettazione su scheda

I punti chiave per la progettazione della scheda sono stati rivelati attraverso le valutazioni CMCC (Figura 2, sotto). Quando lo stesso campione CMCC per 1000Base-T1 è stato installato nella scheda di prova alle stesse condizioni, i livelli di rumore erano diversi. Un risultato negativo si è verificato anche in una delle schede. (Nota: per alcuni stati della scheda di prova è possibile ottenere risultati insoddisfacenti anche quando i campioni CMCC sono identici).

Quando sono state analizzate le caratteristiche del percorso di trasmissione sulla scheda, Murata ha riscontrato differenze nelle caratteristiche di conversione della modalità sul lato di uscita CMCC e che i valori per la scheda n. 2 erano elevati (Figura 3, sotto).

Un probabile fattore nei diversi livelli di rumore condotto dalle schede è stato il fatto che i segnali di modo differenziale, dopo aver attraversato la CMCC, sono stati convertiti in rumore di modo comune sulla scheda (Figura 4, sotto).

I punti chiave per la conversione della modalità (Figura 5, sotto) includono il resistore sul lato di uscita CMCC, il condensatore e il cablaggio della scheda. Si ritiene che gli squilibri sorgano dalle variazioni delle caratteristiche di tali componenti.Per questo motivo, anche le diverse sezioni dalla CMCC richiedono una particolare attenzione per mantenere il caratteristico equilibrio tra le linee.

Emissioni di conduzione in 100Base-T1

Quando sono state effettuate le stesse misurazioni delle emissioni condotte per 100Base-T1, i valori limite erano superati quando si utilizzava il DLW32SH101XK2 per CAN. Ma il DLW43MH201XK2 progettato per 100Base-T1 è stato abbastanza efficace per ridurre il rumore per soddisfare i valori limite.

100Base-T1 a confronto del 1000Base-T1

Il componente di frequenza contenuto nel segnale in modalità differenziale è diverso tra 100Base-T1 e 1000Base-T1 (Figura 6, sotto). Pertanto, anche le caratteristiche di conversione della modalità richieste sono diverse. Per questo motivo, bisogna selezionare una CMCC progettata per soddisfare i rispettivi standard.

Misure di prova dell'immunità (DPI)

È stato condotto un test di iniezione di potenza diretta (DPI) utilizzando la stessa scheda di prova EMC 1000Base-T1 dell'emissione condotta.

Processo di test

Il rumore di modo comune è condotto da una sorgente esterna alla linea di segnale sulla scheda di prova EMC 1000Base-T1. Si usa un PC di controllo per confermare se si sono verificati errori di comunicazione.

CMCC utilizzata nei test DPI

Come l'emissione condotta, Murata ha utilizzato DLW32MH101XT2 (CMCC per 1000Base-T1), DLW43MH201XK2 (CMCC per 100Base-T1) e DLW32SH101XK2 (CMCC per CAN) come CMCC di prova.

Risultati del test 1000Base-T1 DPI - 1

A basse frequenze di 2MHz e inferiori, le CMCC hanno mostrato differenze nei livelli delle prestazioni. Tuttavia, per le altre frequenze, non c'è stata alcuna differenza di prestazioni e tutte le CMCC soddisfano i valori limite.

Risultati del test 1000Base-T1 DPI - 2

Le differenze nelle CMCC a 2MHz e meno sono considerate dovute all'attenuazione di modo comune (Scc21). Le differenze nelle caratteristiche di conversione della modalità non hanno influito sui risultati della prova DPI.

Il test di immunità (DPI) misura i punti chiave

I risultati del Test di 100Base-T1 DPI dopo 1000Base-T1, il test di DPI è stato eseguito anche per 100Base-T1. La CMCC per 100Base-T1 soddisfa i valori limite. Tuttavia, la CMCC per CAN ha avuto prestazioni peggiori rispetto alla CMCC per 100Base-T1 a basse frequenze di 1MHz e inferiori. Inoltre, non ha soddisfatto i valori limite da 8MHz a 60MHz e non ha superato il test (Figura 7, sotto).

Si ritiene che le differenze a 2MHz e meno siano dovute all'attenuazione di modo comune (Scc21). Inoltre, si pensa che le differenze da 8 MHz a 60 MHz siano dovute alle caratteristiche di conversione della modalità (Figura 7, sotto).

Meccanismo di ingresso rumore

Un fattore che spiega perché le caratteristiche di conversione di modo della CMCC hanno influenzato i risultati del test per 100Base-T1 è che il rumore di modo comune immesso da una sorgente esterna è stato convertito in rumore di modo differenziale. Questo processo ha distorto la forma d'onda del segnale, causando un errore di comunicazione.

Note sulla progettazione su scheda

Nello stesso modo in cui sono effettuate le emissioni, oltre alla CMCC, ciò può anche essere provocato dalla conversione modale a causa di squilibri sulla scheda (Figura 9, sotto). Pertanto, è necessaria una particolare attenzione nella progettazione della scheda.

Conclusione

        •Per lo standard Ethernet per il settore automobilistico 1000Base-T1, sono richieste prestazioni elevate nelle CMCC usate per la soppressione del rumore. Le caratteristiche di conversione della modalità sono particolarmente importanti.
•Nella valutazione delle emissioni in conduzione, è necessaria una CMCC con caratteristiche di conversione di modo che soddisfino i valori richiesti per 1000Base-T1 per sopprimere il rumore. I valori limite non possono essere soddisfatti quando si utilizzano CMCC per CAN o per 100Base-T1.
•Anche nella CMCC per 1000Base-T1, le caratteristiche di conversione della modalità possono peggiorare a causa delle variazioni di progettazione della scheda e dei componenti installati con conseguente rumore aggiuntivo. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione su questo punto per il processo di progettazione.
•Nella prova DPI, che è una prova di immunità, le prestazioni richieste per la CMCC sono inferiori a quelle per le emissioni condotte. Ma la resistenza al rumore varia a seconda del PHY. Pertanto, è preferibile quella con caratteristiche di conversione di modo inferiore.

CMCC presenti

Per 1000Base-T1: DLW32MH101XT2L •Efficace per sopprimere il rumore emesso dalle linee di segnale nelle reti per il settore automobilistico.
•Completamente compatibile con lo standard
Ethernet 1000Base-T1 per il settore automobilistico • Intervallo delle temperature di funzionamento da -40°C a +125°C per applicazioni del settore automobilistico per 100Base-T1: DLW43MH201XK2L        •4,5mm (Lungh.) x 3,2mm (Largh.) x 2,7mm (Alt.), tolleranza dimensionale di ±0,2
mm •Fornisce un'induttanza di modo comune di 200μH (a 0,1MHz) nonostante le dimensioni compatte
•Miglioramento significativo delle caratteristiche di conversione della modalità

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