光數據網絡具有固有的電磁兼容性 (EMC)，是全電動或混合動力系統的最佳技術選擇。塑料光纖 (POF) 通信在電磁干擾 (EMI) 和電磁敏感性 (EMS) 方面具有出色的性能。POF 對電磁場具有固有的免疫力和強大的抵抗力。此外，其固有的電流隔離和機械堅固性使光以太網技術非常適合當前和未來的車載網絡基礎設施。

電流隔離確保新的 48 伏電氣架構

汽車中新的 48 伏電氣架構在電磁兼容性和安全要求方面突破了極限。需要采取新的安全預防措施，因為即使是 48 伏和 12 伏電氣系統之間的單一故障，如短路，也可能由于過壓而損壞整個 12 伏系統。光鏈路是 48 伏域和 12 伏域之間通信的最佳選擇，因為它們保證了固有的電流隔離。光以太網提供今天的 100 Mbps 和 1 Gbps 以太網兼容解決方案，并在未來提供多千兆，有足夠的余量來承受惡劣的汽車環境。

可靠流暢的網絡集成

POF 電纜是最可靠的解決方案：它們可以承受惡劣的環境、振動、錯位、臟污、潮濕、廣泛的溫度范圍等。此外，POF 允許快速動態彎曲、緊密靜態彎曲和浸入液體中。此外，光以太網不會產生噪音，并且可以在嘈雜的環境中運行，例如在射頻電子板中。POF作為直徑較大的塑料光纖，制造和安裝更具成本效益：安裝簡單，即插即用；纏繞和夾緊類似于銅纜。而且，在汽車組裝過程中，光線束可以與銅線束在同一過程中安裝。POF 已經在車輛中使用了十多年，并且安裝在數百萬輛汽車中沒有出現問題。

光連接用例

如下，一組用例展示了如何使用光網絡解決混合動力汽車 (HEV) 和電動汽車 (EV) 動力系統中由 EMI/EMS 或銅基網絡缺乏電流隔離引起的問題的示例）。

用例：HEV/EV 動力系統中的噪聲傳播

混合動力和電動汽車的動力系統需要在汽車周圍放置多個電子單元。這些電子控制單元 (ECU) 調節和控制電池、轉換器和電動機/發電機之間的電能流動。能量流動和轉換會產生電噪聲，這將影響汽車的其他領域，例如今天的信息娛樂或導航系統以及明天的自主控制系統。

通過光學連接 ECU，可以在 ECU 內隔離產生它的每個噪聲，避免其傳播到分散在汽車各處的所有其他 ECU。試圖通過基于銅線的網絡實現類似的隔離非常困難且成本高昂，這意味著更長的工程開發周期和更昂貴、更復雜的 ECU，進而可能導致更低的可靠性。

圖 2：HEV/EV 動力系統中的噪聲傳播

用例：電池管理系統中的電流隔離

EV 或 HEV 中的推進電池被分組到需要控制的集群中。負責這種控制的是所謂的電池管理系統 (BMS)。BMS 與每個電池組通信，以收集與控制相關的信息，例如充電狀態或電池溫度。BMS 依次向每個集群內的本地 ECU 發送控制命令。

圖 3：塑料光纖提供固有的電流隔離

雖然集群和控制模塊之間來回移動的數據量不是很高（通常低于100 Mbps），但BMS控制模塊和各個集群之間的通信至關重要，需要非?？煽俊＿@些 BMS 鏈接對于避免電池損壞至關重要，并且必須適用于碰撞或火災等緊急情況。

BMS 控制模塊和電池組之間的光鏈路是確保所需高可靠性的最佳手段。基于銅纜的通信會產生寄生回路，在發生緊急事件時，可能會導致駕駛員和乘員處于危險狀態。諸如塑料光纖之類的電介質將數據電纜對傳導發射和傳導抗擾度的貢獻降低到零?？梢詢灮椛浒l射和輻射抗擾度，以充足的余量通過光學 PHY 供應商提供的高質量參考設計的所有 OEM 規范。

圖 4：電池組分組為一系列電氣獨立的集群

用例：48 伏啟動寄生高能脈沖

基于 48 伏的能源網絡或混合的 12-48 伏拓撲現在并將繼續成為 HEV 和插電式混合動力汽車 (PHEV) 動力系統的主流。連接到車輛底盤并為高低壓 ECU 所共用的電氣接地會在此類動力系統中持續發生的啟動事件中產生問題。

例如，信息娛樂系統與能源生產和控制系統共享電氣接地。啟動時流經底盤的高返回電流通過電纜屏蔽耦合到信息娛樂低壓系統，電纜屏蔽連接到車輛的同一電氣接地。銅纜屏蔽為各種 ECU 的電流提供了一個平行的返回路徑（替代底盤）。因此，在典型的跨接啟動期間，可以在電纜屏蔽層中測量到高于 8 安培的電流。

如果信息娛樂系統或 ADAS 等低壓系統中的 ECU 之間的通信鏈路是光學的，那么原生電流隔離會將它們與高壓/高能量系統及其相關事件隔離，從而保持其可靠性。

圖 5a：1. 800-900 A 電流在跨接啟動時與底盤一起循環

圖 5c：感應脈沖在 STP 屏蔽上產生 8 A 電流。

圖 5b：浪涌電流產生 400 V 機箱電位，耦合到 STP 數據鏈路。

圖 5d：主機損壞。

圖形顯示了汽車的底盤，該底盤使用 48 伏作為電壓電平為不同區域的不同電子單元供電。在這種情況下，兩個電子單元（ISG/BMS 和 FRAD）顯示在汽車的兩個不同位置；然而，它們通過底盤進行電氣連接，底盤具有特定的寄生電阻（0.5 毫歐）。

圖形還顯示了與汽車中的信息娛樂系統相對應的兩個主機單元。它們還通過不同的接地樹連接到機箱，并在它們之間通過屏蔽雙絞線（銅線）連接。

用例：48 伏/12 伏系統中的故障保護

混合 48 伏/12 伏能源系統將成為下一代 HEV 和 PHEV 汽車的主流。48 伏特為啟動器、交流發電機或電池模塊等“饑餓”的電氣模塊保留，而 12 伏特則專用于更“精密”的電子模塊，如信息娛樂系統或 ADAS 處理單元。兩個域共享同一個地面系統，即汽車底盤。

48 伏域中的 ECU 設計有適合此類電壓的電子元件。這些組件的額定電壓通常超過 70 伏。12 伏 ECU 設計有支持高達 60 伏電壓的電子元件。如果 48 伏 ECU 發生接地丟失等事件，并且如果 48 伏和 12 伏域之間存在非電流隔離鏈路，則兩個域之間將存在電氣路徑。這將使 12 伏 ECU 及其組件暴露在高于它們額定支持的電壓下，從而導致故障或縮短其使用壽命。

圖 6：故障模式

電流隔離在光網絡中是固有的，這意味著無需包括防止此類事件的保護措施，也無需設計 12 伏 ECU 以承受 48 伏或更高的潛在事件。

用例：EMC 合規性

EMC 認證是 TIER-1 和 OEM 平臺驗證的關鍵步驟之一。通信速率高于 100 Mbps 的銅質鏈路需要復雜且昂貴的解決方案來符合嚴格的 OEM 的 EMC 規范：高質量屏蔽、受控雙絞線、復雜的直插式連接器等。光端口可以更輕松地通過 EMI 和 EMS . 這直接影響線束和連接器的成本，更不用說分配給開發和調試階段的工程資源了。

首款汽車千兆以太網收發器

KD1053 IC 是第一個完全集成的汽車收發器，它實現了基于 POF 的千兆以太網物理層。它絕對滿足汽車制造商的需求：

根據 1000BASE-RH (IEEE Std 802.3bv TM -2017)在標準 SI-POF、MC-POF 或 PCS 上以 1000/100 Mbps 的速率傳輸數據

支持多個數字主機接口的靈活連接

用于配置和監控的 SMI (MDC/MDIO) 接口支持第 22 和 45 條，也可以配置為 I 2 C 總線

SPI/I 2 C 主接口，用于讀取外部引導和配置 EEPROM 存儲器

支持 OAM、喚醒和睡眠、中斷生成

支持最大 10 KB 的巨型數據包

PTP 支持和 SyncE 時鐘生成支持。

用于診斷的不同環回模式和 PMD 測試模式

鏈路/活動監控和速度 LED 輸出

完全集成的數字自適應非線性均衡器

對于 1 Gbps 和 100 Mbps 操作模式，BER < 10 -12

1 Gbps 操作的延遲為 6.2 毫秒，100 Mbps 的延遲為 1.4 毫秒（本地 RGMII 到遠程 RGMII）；1 Gbps 運行時 5 ns RMS 抖動，100 Mbps 時 9 ns

1 Gbps 操作的鏈接時間為 55 毫秒

內部可靠性功能：電源和溫度傳感器、FOT 輸入電源監控

具有集成線性穩壓器的高級電源管理

低功耗，1 Gbps 時為 460 mW，帶串行接口

低成本物料清單 (BOM)

旨在符合 OEM 最嚴格的 EMC 規范。

汽車 AEC-Q100 2 級

-40 至 +105°C 環境溫度范圍

56 引腳 QFN（7 x 7 毫米）ROHS 封裝

審核編輯：郭婷