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Infotainment und Telematik

Multimedia-Daten mit 5 Gbps im Auto zuverlässig übertragen

9. November 2012, 8:51 Uhr | Roland Neumann, Dr. Werner Bachhuber, Dr. Gunnar Armbrecht und Dr. Michael Wollitzer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Der APIX-Physical-Layer

Zwei voneinander unabhängige Datenleitungspaare erlauben den Einsatz von einfachen und damit robusten differenziellen Leitungstreibern mit NRZ-codierter Basisbandmodulation für Hin- und Rückkanal. Komplizierte und somit störanfällige Modulationsverfahren, um Hin- und Rückkanal über ein gemeinsames Medium zu übertragen, sind somit nicht erforderlich.
Die einfache Grundstruktur eines differenziellen Leitungstreibers und Empfängers ermöglicht darüber hinaus eine Signalvorverzerrung auf der Leitungstreiberseite und adaptive Equalizer auf der Empfangsseite. Damit kann die Übertragungscharakteristik des Leitungstreibers optimal an verschiedene Kabeltypen und -längen angepasst werden. Der adaptive Equalizer auf Empfängerseite kompensiert Fertigungstoleranzen der Kabel und Alterungseffekte.
Die Basisbandmodulation mit NRZ-Codierung stellt die geringste Bandbreitenanforderung an das Kabel. Die maximale Frequenz eines NRZ-codierten Signals ist die Hälfte der Datenrate. Bei 3 Gbit/s ergibt sich damit die maximale Frequenz von 1,5 GHz des NRZ-Signals. Aufgrund der fast sinusförmigen Signalform des CML-Signals ist die maximal benötigte Übertragungsbandbreite des Kabels etwa das 1,5‑fache der NRZ-Signalfrequenz.
Kabelschirme von Koaxialkabeln oder STP-Leitungen, in denen zusätzlich zu einem Geflechtschirm metallisch beschichtete Folien zum Einsatz kommen, dämpfen bei niedrigen Frequenzen schlechter als bei hohen Frequenzen. Damit wird insbesondere der niederbitratige Rückkanal leichter gestört oder aber er stört seine Umgebung. Aber auch wenn die Frequenz des Störspektrums deutlich unter der des Nutzspektrums des Hinkanals liegt, können Störungen auftreten. Beim Empfänger kann durch niederfrequente Störungen die Eingangsempfindlichkeit deutlich reduziert werden.
Auch die sogenannte Jitter-Akzeptanz der Takt- und Datenrückgewinnungseinheiten kann durch niederfrequente Störungen reduziert werden, wodurch sich die Häufigkeit von Bitfehlern erhöht. Zudem zeigen EMV-Messungen, dass gerade bei zukünftigen Fahrzeuggenerationen, die einen Hybrid- oder Elektroantriebsstrang besitzen, von einer deutlichen Zunahme des niederfrequenten Störpotenzials ausgegangen werden muss.
Hier hat die differenzielle Datenübertragung gegenüber der Single-Ended-Datenübertragung deutliche Vorteile. Diese begründen sich durch die mehr als 20 dB höhere Kopplungsdämpfung der symmetrischen differenziellen Leitungspaare im Vergleich zur Schirmdämpfung bei einem asymmetrischen Koaxialkabel.
Der gleichspannungsfreie Leitungs-Code der APIX-Technologie und die damit verbundene AC-Kopplung der Datenleitungen in Verbindung mit der differenziellen Signalisierung ermöglichen die zusätzliche Übertragung der Versorgungsspannung über die Datenleitung. Die Versorgungsspannung wird hierbei als DC-Offset über jeweils ein differenzielles Leitungspaar übertragen und ist damit für die differenzielle Signalisierung unsichtbar. Auch Schwankungen der Spannungsversorgung oder Transienten stören die differenzielle Datenübertragung nicht, anders als bei einer Single-Ended-Signalisierung (Bild 9).