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Das Kupferkabel - Nervenader der Gigabit-Datenautobahn
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Wichtig: die permanente Überwachung des Kabels
Selbst bei Kabeln höchster Güte ist für die zuverlässige Übertragung insbesondere von sicherheitsrelevanten Daten nach ISO 26262 eine umfangreiche und idealerweise auch permanente Überwachung der gesamten Übertragungsstrecke unerlässlich.
Die Überwachung des Link kann natürlich jederzeit durch das Einfügen von Prüfsummen (CRC) in den Datenstrom erfolgen. Anhand des CRC kann die Bitfehlerrate „In-Service“ permanent überwacht werden. Das kostet allerdings Übertragungsbandbreite und wird so immer ein Kompromiss aus Überwachungsqualität und Bandbreitenreduktion bleiben. Um frühzeitig eine Verschlechterung der Signalqualität zu erkennen, beginnt diese Überwachung idealerweise bei der physikalischen Strecke. Durch die kontinuierliche Bewertung der vom adaptiven Equalizer eingestellten Werte kann die Qualität des Mediums fortwährend überwacht und gegebenenfalls eingegriffen werden, bevor die ersten Prüfsummenfehler auftreten.
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Diese konstante Überwachung bietet weiterhin die Möglichkeit, bei Inbetriebnahme des Link eine Bitfehlerratenmessung (BER) zur Bewertung des Gesamtsystems ohne zusätzliche aufwendige Messtechnik durchzuführen. Wird diese Messung etwa als „Null-Kilometer-Check“ gleich bei der Fahrzeugproduktion durchgeführt und die gemessenen Equalizer-Werte als Referenzwert abgelegt, lassen sich mögliche größere Vorschädigungen des Kabels erkennen und noch vor der Auslieferung beheben. Auch eine unnatürliche Degradation der Übertragungsstrecke während der Betriebszeit des Fahrzeugs, etwa durch Marderbiss oder Wassereinbruch, lässt sich damit detektieren. Die Dauer dieser BER-Messung im „Off-Service“ des Fahrzeugs ist dabei proportional zu deren qualitativer Aussage.
Lückenlos und durchgehend wird die vollständige „In-Service“-Diagnose durch die zusätzliche Implementierung von bidirektionalen Kommunikationspfaden zusammen mit geeigneten Fehlerschutzprotokollen AShell bei APIX2 oder auch mit Synchronisationsmechanismen, welche direkt im Linecode realisiert werden.
Dabei hat nicht nur die Empfängerseite Kenntnis über den Zustand des Link, sondern auch die Senderseite. Das führt zu einem mehrschichtigen Diagnosemodell (Bild 5), das nicht nur einfach Fehler im Übertragungskanal anzeigt, sondern vielmehr auch Aussagen über Alterung, Margen und Fehlerursachen zulässt:
- Physical-Layer-Eigenschaften (Alterung, Fertigungstoleranzen, Schluss einzelner Adern nach Masse/Supply, Beschädigung des Schirms)
- Bitfehlerrate (Kabel(an)bruch, Marder(an)biss, Steckerkontakte, zum Beispiel Korrosion und Übergangswiderstand, Reflexionen
- Signalisierung von Fehlern in jede Richtung (Frame-Aligned, AShell), Funktionsumfang des gesamten Link, Status
Bereit für die neue Gigabit-Offensive
Die aktuellen APIX2-Produkte verfügen bereits heute über die entsprechenden Vorrichtungen, um die Übertragungsqualität auf verschiedenen Ebenen und mit unterschiedlichen Bewertungsmerkmalen zu messen.
Eine intelligente Vernetzung der einzelnen Informationen, insbesondere die Bewertung der zeitlichen Änderung, lassen weitergehende Fehleranalysen und Rückschlüsse auf den Fehlermechanismus zu. Ändert beispielsweise der adaptive Equalizer seine Einstellung nicht, während aber ein Anstieg der Bitfehlerrate zu beobachten ist, deutet das auf das plötzliche Auftreten von Reflexionen hin, die ein Indikator für Schädigungen am Kabelschirm sein kann. Während eine sprunghafte Änderung der automatisch eingestellten Eingangsverstärkung auf den Bruch einer einzelnen Ader hindeutet, zeigen langsame Änderungen bei Eingangsverstärkung und Equalizer-Charakteristik die Alterung des Kabels an.
Mit „APIX next“ steht Inovas neue Produktgeneration in den Startlöchern. Diese wird im Vergleich zu APIX2 eine deutlich höhere Bandbreite haben und zudem neue Funktionen aufweisen, wie weitere integrierte „Off/In-Service“-Diagnose-Funktionen, die zeitliche Änderungen der Diagnoseparameter bewerten. Dabei können Limits und Thresholds für die automatische Erzeugung von Fehler-Interrupts gesetzt werden.
Parallel dazu werden Kabelgenerationen entwickelt, die durch verbesserte Konstruktionen nicht nur mechanisch noch robuster, sondern auch bei den kritischen elektrischen Parametern wie einem stetigen Frequenzgang bis in den hohen GHz-Bereich und auch der Schirmdämpfung ihren Vorgängern deutlich überlegen sein werden.
Damit sind die Weichen gestellt, dass diese Datenkabel im engen Zusammenspiel mit intelligenter Chiptechnik ein weiteres Jahrzehnt hohe Datenraten im Fahrzeug zuverlässig und ökonomisch überträgt.
Der Autor
| Roland Neumann |
|---|
| studierte Nachrichtentechnik an der FH Karlsruhe. Nach dem Studium entwickelte er Kommunikationsrechner und ATM-Komponenten bei Siemens in München, bevor er zu Motorola wechselte. Hier war er für die Entwicklung von Produkten zur seriellen Gbit/s-Datenübertragung und neuer Standardkomponenten für Automotive verantwortlich. Im Jahr 1999 war er Mitbegründer der Firma Inova Semiconductors und ist dort VP Engineering/CTO. |
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- Komprimiert oder nicht?
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