纵观汽车行业的大趋势（例如：ADAS，自主驾驶或移动办公），对汽车车载电气系统性能的要求显然越来越高。这对于数据速率和所需电缆数量的要求都带来了影响，因为这些电缆必须连接所需的传感器、摄像头、显示屏以及中央和区域计算机。为了使这些连接足够有效，就出现了如何为这些要求设计传输信道的问题。
从数据中心到车辆
如今，数据中心已经实现了1 Tbit/s的数据速率。这是由于这些建筑物创造了理想的条件。为了在车辆内实现高数据速率，需要开发新的且更为强大的解决方案，以应对那里严酷的环境。为了实现这一目标，最初在汽车领域选择了以太网技术，这是一种经过改进的双线技术（通过铜线通电）。通过对芯片、插头和电缆的优化，未来的传输速率有可能达到25 GBit/s。此外，光学数据传输也已经在数据中心得到广泛应用，未来也将应用于汽车领域。
汽车工业标准和规范的出现
汽车工业的数据传输系统及其相应的规范是在标准化委员会中，与汽车供应商、各级供应商和芯片制造商合作制定的。一个著名的委员会是IEEE（电气和电子工程师协会），它着眼于未来的需求。因为诸如改进型以太网也用于汽车，所以汽车行业正越来越多地与该委员会合作。从新制定标准的工作组启动到开始实地生产平均需要6～8年时间。IEEE委员会标准的概览和当前状态可在下表中查看。
1) 来源： Matheus/Kaindl. 第18页
由此可见，IEEE802.3ch标准规定了铜电缆解决方案可实现高达10 GBit/s的数据传输，这使得汽车制造商可于2026年启动生产。与传统的以太网标准不同的是，汽车领域规定了通过双绞线电缆进行传输。不超过25 GBit/s（IEEE 802.3 cy）的数据传输标准预计将于2023年底完成，但规划的生产启动时间尚未确定。基于光缆且数据传输速率不超过50 GBit/s的标准已于2023年春季通过。今年年中Open Alliance已开始制定物理层标准。
应用：为什么我需要25 GBit/s或更高？
大幅提高数据传输速率的主要推动力是视频应用（摄像头、显示屏）和区域架构。特别是在显示屏方面，已经有了详细的愿景和具体的应用场景。未来显示屏和摄像头的数量和分辨率都将大幅提高。仅就显示屏而言，其数量可能增至6个。在自主驾驶车辆上，除了驾驶员显示屏、中央显示屏和副驾驶员显示屏外，还可能在后部安装多个显示屏，以创建一个车轮上的办公室。这些显示屏可以伸出来，而在不使用时，可以相应地隐藏在车顶中。特别是8K显示屏，即使在最低分辨率下，也需要25 Gbps的数据传输。3D显示屏和高分辨率的抬头显示屏也是一个话题，因为它们也可以灵活编程，既可以作为复古风格的速度计，也可以作为经典的抬头显示屏使用。
此外，自主驾驶需要整合多个摄像头，这也需要高数据速率来进行实时传输。目前尚不清楚这类系统何时批量推出。下表显示了不同显示屏分辨率下可能的数据传输速率，这也适用于摄像头应用（原始数据）。
1) 来源：Matheus/Kaindl.第28页
根据未来车辆平台为实现自主驾驶而采用的区域架构，由于传感器和摄像头数量的大幅增加，所以车载电气系统或车辆中的电缆数量也将随之增加。以拥有自主驾驶功能的车辆为例，所需的传感器数量可能会增加到100多个。然而传感器数量并不是唯一重要的参数，实时传输也同样重要，因为对于自主驾驶应用来说，较高的延迟时间是不可接受的。另一个重点是处理摄像头和显示屏的视频信号，这些设备现在通常使用高清分辨率，但未来需要更高的分辨率，以确保准确识别交通参与者、障碍物等。专家们已经开始提到这些应用需要最多8K的分辨率，这将极大提高数据传输速率。根据图像刷新率的不同，传输速率可能超过25 GBit/s。
另一个与自主驾驶车辆相关的方面是，它可以推动自动驾驶办公室的发展，同时还必须使用5G或6G实现快速互联网连接。这也有助于全面提高数据传输速率。
例如德国联邦议院已经通过相关法律，这为2021年实现4级自主驾驶奠定了基础。这项技术的开拓者将主要是汽车制造商的高端车型。
25 GBit/s传输的技术解决方案
有两种方式可以实现25 GBit/s的传输速率，一种是通过铜缆，另一种是通过光缆。
常用和可用的以太网传输系统使用基于铜的插接系统，它将来可以借助数据对（特殊电线）将数据传输速率提高至25 GBit/s。此外，还有不同类型的铜缆，例如屏蔽双绞线（STP）和屏蔽平行线（SPP）。这两种电缆在结构上有所不同。
在屏蔽双绞线中，线对以一定的距离相互绞合，并被屏蔽包围。
在平行对电线时，线对尽可能长地平行。有了这种结构，就可以覆盖更高的频段，以便将所谓的“Suck-out”效应（例如某些频率下的插入损耗的下降/突然增加）转移到尽可能高的频率范围。如果这个实现了，将能够实现25 GBit/s的传输。潜在的制造商仍在开发这种类型的电缆。
1) 来源：Matheus/Kaindl.第143页
除了铜缆电线之外，还可以通过光缆实现不超过50 GBit/s的数据传输速度。目前收发器以及相应的插拔连接器和电缆的开发正在进行中。但是带插拔连接器的标准化接口尚未确定。
不同解决方案雏形的优缺点和技术障碍
铜基系统的优势在于，已经在汽车领域中定义了标准以太网接口，并且可以实现不超过25 GBit/s的数据传输速率。这是基于特殊的电缆，对于长度、弯曲半径等处理需要进行精确考虑。进一步研究25 GBit/s传输标准后发现，在数据传输速率超过25 GBit/s时，需要使用2股电缆，这在专业领域被称为“多通道传输”。国际数据传输规范委员会IEEE为汽车领域的25 GBit/s数据传输成立了工作组IEEE 802.3 cy。该委员会正与业内公司合作，共同制定传输信道规范。由于铜缆数据传输的物理限制，故有必要将电缆长度限制在最大、11米的规定长度内，并使用2条内线。这与先前的IEEE 802.3ch标准不同，该标准规定了15米的传输信道和4条内线。此外，还必须考虑电磁兼容性和接地回路等干扰影响，并通过适当的解决方案减少或避免这些干扰影响。
相比之下，通过光纤进行光数据传输，单电缆数据传输速率可超过50 Gbit/s。IEEE为光数据传输成立了IEEE802.3cz工作组，以确定传输信道的最大电缆长度。这被定义为最长40米和4条内线连接。在聚合物光纤（POF）技术时代，光学解决方案一直给人留下负面印象，因为弯曲半径会给搬运带来问题。因此为了满足当今对多千兆位光学传输的高要求，有必要使用光纤技术，因为这种技术可以实现非常小的弯曲半径，并具有很高的机械强度。由于传输系统仍在开发中，相应的插头和电缆也仍处于开发阶段，但目前的成果非常令人期待。
这对未来的车载电气系统有何影响？
如果考虑到所有这些影响因素，那么未来的车载电气系统显然必须做出改变，因为无法将这些大量的连接（传感器、显示屏、摄像头等）像过去一样安装在车辆上。这个领域的许多工作组得出的结论是，必须大幅度减少单个控制器的数量，并在这个过程中引入所谓的区域架构。这将对车载电气系统中电缆的数量、长度和性能产生重大影响。
迈恩德是如何为这一发展做准备的？
多年来，MD ELEKTRONIK一直致力于创新技术，以开发适合这些新要求的插拔连接器和电缆。为此，我们加强了与芯片业合作伙伴的合作，并与一级供应商紧密合作，使未来技术适应他们的要求。此外，迈恩德还开发和实现自己的生产工艺和技术，以确保全球生产基地必要的灵活性、精确性和高产量。
总结与结论：通过成熟技术达到25 GBit/s以及通过进一步创新对此进行超越。
数据速率超过25 Gbit/s的应用正在开发中或即将推出。第一种解决方案雏形为这些应用提供了基于铜的解决方案，因为这些解决方案已经广泛使用，通常适用于不超过25 GBit/s的应用。建议根据实际应用情况，仔细检查是否可以将其用于电磁兼容性等关键应用领域。如果数据速率超过25 GBit/s，则应检查是否有其他替代传输方式适用。
例如光数据传输就是一种替代方案，它在车辆关键环境中具有许多显著优势，但其技术仍需进一步发展才能达到量产级别。MD ELEKTRONIK致力于未来技术的研究，以提供合适的解决方案。
由于往往难以识别各种传输系统的利弊，并且不同的应用场景可能需要使用不同的技术，所以我们很乐意为您的应用提供个性化的建议。
请立即联系我们的销售团队，以获取更多信息！
Helmut Pritz
Helmut Pritz是MD Elektronik公司光学数据传输部门的产品经理。凭借其20多年的行业经验，他具备推动这项开创性技术的大量专业知识。他的使命是与客户、初创企业、控制单元制造商和供应商合作，为汽车行业开发创新的解决方案。 在担任项目经理（负责插接部件及其自动化设备的开发）之后，他成立了一个开发部门，担任射频技术开发经理，主要负责高频技术。 与迈恩德的客户、供应商和全球团队的广泛联系是他在这个职位上特别重视的一项工作。
Tobias Hartl
Tobias Hartl是迈恩德国际销售团队应用工程团队的一员。其目标是进一步发展现有客户，并加强与主机厂或一级供应商这些客户的工程联系。而且还要通过卓越的客户支持留住新的主机厂和初创企业，并与他们一起成长。 Tobias现在已经在迈恩德工作了四年多，由于他在与客户和外部合作伙伴打交道方面的专业知识，未来他将强化多芯线电缆领域的技术产品管理。在加入迈恩德之前，他在车载主机移动媒体领域获得了6年的宝贵经验，并成功地将这些经验应用于他的日常工作中。 Tobias特别愿意与全球客户保持联系，以及与国际团队合作实施新技术。
来源：
1) Matheus, K./Kaindl, M.（2023）：汽车高速通信技术。慕尼黑：Hanser出版社