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Groß, robust, vernetzt

Moderne Ethernet-EMV verändert Markt für Nutzfahrzeuge

16. August 2017, 10:22 Uhr | Von Jason Tollefson

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Elektromagnetische Verträglichkeit

Große und robuste Applikationen wie Industriefahrzeuge müssen einen Betrieb in rauen Umgebungen gewährleisten. Tritt elektromagnetische Energie in benachbarten Bereichen auf, sollte diese nicht ignoriert werden. Noch wichtiger ist es, dass keine EMV-Probleme verursacht werden und kein Datenverlust auftritt.

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Elektromagnetisches Feld

Alle oben beschriebenen Techniken sind robust – deshalb kommen sie im Automotive-Bereich zum Einsatz. Tabelle 2 beschreibt die Signalverfahren, um die Verkabelung jeder Technik robust zu gestalten. Im Vergleich zu anderen Techniken kommt die Ethernet-Technologie aufgrund ihrer guten und verständlichen EMV, der hohen Bandbreite und vor allem wegen ihrer Standard-basierten Technik immer häufiger in Industriefahrzeugen zum Einsatz.

Wie wird die Ethernet-Funktion durch elektromagnetische Störungen beeinflusst? Elektromagnetische Störungen können mit ihrer Störstrahlung und Suszeptibilität zu Datenpaketverlusten führen. Dabei werden Daten von den Knoten oder vernetzten Gegenstellen nicht ordnungsgemäß übertragen oder verstanden. Quelle der Störstrahlung, die im Ethernet-Kabel einen Datenverlust verursacht, kann in der Nähe befindliche Elektronik oder ein Elektromotor sein. Um die Empfindlichkeit gegenüber diesen Störungen zu minimieren, verbessern Techniken wie Quiet-Wire die Empfindlichkeit und Filterung der integrierten Empfänger, während gleichzeitig der Störanteil auf der Senderseite reduziert wird.

Bulk Current Injection (BCI) ist eine häufig verwendete Methode zur Messung der Störfestigkeit [9, 10]. Die mit dieser Methode ermittelten Daten bestätigen, dass Quiet-Wire-Empfänger fehlerfreie Übertragungen beim Einbringen von 200 mA Rauschstrom über den gesamten Frequenzbereich von 1 bis 400 MHz garantieren und somit die Grenzwerte der Automobilhersteller übertreffen. Im Gegensatz dazu weisen Empfänger ohne Quiet-Wire-Technologie einen erheblich schlechteren Signalempfang von 9 dBm auf – und damit eine fast zehnmal schlechtere Leistungsfähigkeit.

Ein weiterer Vorteil der Quiet-Wire-Technik ist der Signalqualitätsindikator. Dieser numerische Wert ist ein Maß für den Signal-Rausch-Abstand und wird von Kabellänge, Kabelqualität und gekoppelten Umgebungsstörungen beeinflusst. Er kann in Echtzeit überwacht werden und dient dazu, Verbindungsfehler vorherzusagen oder um sicherzustellen, dass Leistungsstandards für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb erfüllt werden.

Quiet-Wire Switches und -PHYs

Mit dem PHY KSZ8061 und dem Switch KSZ8567 von Microchip Technology lässt sich ein komplettes Quiet-Wire-Netzwerk realisieren. Bild 2 zeigt das Blockschaltbild für ein Industriefahrzeug, das diese Bausteine enthält. Die ICs verfügen über eine Pin-Strapping-Option, die Quiet-Wire bei der Fertigung ohne jeglichen Software-Eingriff aktiviert. Auf Wunsch kann die Filterung jedoch per Software deaktiviert werden. Ein weiterer Vorteil der Quiet-Wire-Technik ist, dass sie zu Standard-Ethernet-Einrichtungen kompatibel ist. So kann beispielsweise ein Ethernet-basiertes Diagnose-Werkzeug mit dem Quiet-Wire Switch verwendet werden, das im Vergleich zur Standard-Ethernet-Technik eine höhere Leistungsfähigkeit bietet. Microchip bietet 24 Ethernet-Produkte mit Quiet-Wire-Technik an, darunter AEC-Q100-qualifizierte Varianten, die den erweiterten Temperaturbereich bis 105 °C unterstützen.

Robustere Betriebsumgebungen

Heute ist es möglich, einen zuverlässigen Betrieb in großen, anspruchsvollen Anwendungen sicherzustellen, wie sie in Bau- und landwirtschaftlichen Fahrzeugen sowie in Sattelzügen zu finden sind. Mit einem kompletten Portfolio von Quiet-Wire-Produkten, die sich mit den wichtigen Design-Aspekten Kabellänge, Datenrate und EMV befassen, wird die Integration autonomer Funktionen in diese Fahrzeuge weiter vorangetrieben (Bild 3). Quiet-Wire und seine im Vergleich zu Kabellängen bis zu 80 m zehnfach bessere EMV tragen dazu bei, Industriefahrzeuge noch sicherer und produktiver zu machen.

Links

[1] www.komatsuamerica.com/innovation/intelligent-machine-control
[2] www.cat.com/en_US/by-industry/mining/surface-mining/surface-technology/command/command-for-dozing.html
[3] www.deere.com/en_US/products/equipment/ag_management_solutions/guidance/guidance.page
[4] www.forbes.com/sites/alanohnsman/2016/10/25/this-buds-for-the-robot-otto-anheuser-busch-claim-first-automated-truck-shipment/#5c122c845615
[5] blog.streamingmedia.com/2015/01/4k-streaming-bandwidth-problem.html
[6] www.copleycontrols.com/Motion/pdf/CAN-Bus.pdf
[7] www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1856
[8] www.ieee802.org/3/1TPCESG/public/BroadR_Reach_Automotive_Spec_V3.2.pdf
[9] www.cvel.clemson.edu/workshop/pdf/AutoEMC-Workshop-Steffka.pdf
[10] www.rapidtables.com/convert/power/Watt_to_dBm.htm

Der Autor

Jason Tollefson

studierte Elektrotechnik an der University of Minnesota’s Institute of Technology (Bachelor) und absolvierte darüber hinaus den Master of Business Administration an der University of Phoenix. Tollefson startete 1997 als Produktingenieur und bekleidete im Anschluss diverse weitere Positionen im Unternehmen. Seit Oktober 2015 ist er als Senior Product Marketing Manager für Microchip tätig und dabei auf Ethernet-Produkte (Industrie und Automotive) spezialisiert.