Optisches Multigigabit im Fahrzeug
Warum sich 10GBASE-SR nicht für Automotive eignet
10GBASE-SR ist der aktuelle IEEE-Standard, der einen Kommunikationskanal in optischer Faser mit 10 Gbit/s definiert. Obwohl er für den industriellen Einsatz gut etabliert ist, eignet er sich nicht für Anwendungen im Bereich Automobil. Ein neuer Automobilstandard ist dringend erforderlich
Die Automobilindustrie ist auf der Suche nach Technologien, die eine Kommunikation mit 10 Gbit/s ermöglichen. Dies ergibt sich aus dem wachsenden Bedarf an Datenaustausch zwischen Sensoren und elektronischen Steuergeräten im Auto. Infotainment, ADAS und ein immer höheres Maß an Autonomie sind die wichtigsten Trends, die das exponentielle Wachstum der Datenübertragungsraten verursachen: von 100 Mbit/s über 1 Gbit/s bis hin zu 10 Gbit/s. Einige OEMs sprechen gar von 25 und 50 Gbit/s für die kommenden Jahre.
Jobangebote+ passend zum Thema
Die Defizite von 10GBASE-SR
Optimal wäre es, wenn ein bestehender Standard auch für Automobilanwendungen funktionierte. Allerdings wurde der IEEE-Standard 10GBASE-SR nicht für die strengen Anforderungen in Fahrzeugen entwickelt. Er ist für die Anforderungen von Rechenzentren geschaffen, in denen Temperatur, Lebensdauer, Preis, Zuverlässigkeit und mechanische Robustheit moderate Anforderungen stellen und sehr gut kontrollierbar sind.
Anforderung Temperatur
Die meisten Anwendungsfälle im Automobilbereich erfordern eine Qualifizierung nach AEC-Q100 Grade 2. Das bedeutet, dass die Betriebstemperaturen im Bereich von -40 °C bis 105 °C liegen. 10GBASE-SR legt keinen Temperaturbereich fest. Folglich erfüllen die verfügbaren industriellen Produkte nicht die Temperaturanforderungen im Auto. Würde 10GBASE-SR bei hohen Temperaturen eingesetzt, hätte dies negative Auswirkungen auf die maximale Leistung, die die Lichtquelle (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL) in die Faser einspeisen kann. Bei hohen Temperaturen reduziert die Lichtquelle ihre Ausgangslichtleistung. Das führt zu kürzeren Verbindungslängen und/oder einer geringeren Anzahl an zulässigen Inline-Steckern.
Anforderung Verlässlichkeit
Anwendungen in Fahrzeugen erfordern eine Betriebsdauer von über 15 Jahren mit Ausfällen nahe 0 ppm (Parts per Million). Die Stromdichte ist der Hauptparameter, der den VCSEL beeinflusst. Je höher die Stromdichte, desto geringer ist die Lebensdauer des Geräts. Dementsprechend muss die Stromdichte des VCSEL reduziert werden, um die Anforderungen der Automobilindustrie in Bezug auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu erfüllen.
Dies wirkt sich unter anderem negativ auf die maximale Leistung aus, die der VCSEL in die Faser einspeisen kann. Kürzere Links und/oder eine geringere Anzahl von Inline-Steckern (Inlinern) sind die Folge. Darüber hinaus reduziert sich die Übertragungsbandbreite, was zu langsameren Übertragungsgeschwindigkeiten führt. Auch erhöht sich das relative Intensitätsrauschen, was zu einem geringeren Signal-Rausch-Verhältnis und einer Reduzierung des Link-Budgets führt.
Anforderung raue Umgebung
Im Automobilbereich ist die Anzahl der Inline-Verbindungen höher als es der Standard 10 GBASE-SR unterstützt. Außerdem ist dort die Einfügedämpfung von Inline-Verbindungen aufgrund von Staub, Alterung und Kostenbeschränkungen größer.
Anforderung Vibration
Sind Vibrationen vorhanden, erhöhen die derzeit verfügbaren Inline-Steckverbinder ihre Einfügungsdämpfung. Daher reduziert sich bei einer 10GBASE-SR-Verbindung die Anzahl der zulässigen Steckverbinder.
Anforderung Alterung
In der rauen Automobilumgebung altern vorhandene Fasern und Stecker schnell. Als Folge verschlechtert sich das Leistungsbudget der Verbindung durch kürzere Längen und/oder weniger Inliner.
Anforderung Staub
Moderne Steckverbinder sind nicht für die Staubanforderungen im Automobilbereich ausgelegt. Infolgedessen verschmutzen sie und die Einfügedämpfung erhöht sich, das heißt die mögliche Anzahl von Inlinern wird geringer und/oder die zulässige Link-Länge verkürzt sich.
Anforderung dynamische Temperaturänderungen
Anwendungen im Automobilbereich erfordern, dass sich das Kommunikationssystem an schnelle Temperaturänderungen anpassen kann, ohne dass dies Auswirkungen auf die Fehlerrate oder die Verbindungsleistung hat. Das bedeutet, dass das System seinen Betrieb in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur anpassen muss. Das ist mit 10GBASE-SR nicht möglich: Das System bleibt bei Temperaturänderungen gleich. Die Auswirkungen auf die Leistung äußern sich in unterschiedlichen Parameterverschlechterungen wie Link-Länge, Fehlerrate usw.
Weitere Anforderungen
Darüber hinaus gibt es weitere Anforderungen, die 10GBASE-SR für den Einsatz im Fahrzeug ungeeignet machen.
- Bordnetz-Routing: In Automobilumgebungen gibt es in einer einzigen Verbindung eine hohe Anzahl Inline-Stecker (bis zu 4) – im Gegensatz zu Anwendungen für 10GBASE-SR. Das Routing im Auto ist anspruchsvoll – inklusive enger Biegungen, die 10GBASE-SR ebenfalls nicht unterstützt.
- Geringe Stromaufnahme: Fahrzeuginterne Anwendungen erfordern stromsparende Ports mit weniger als 2 W/Port bei 10 Gbit/s. Dies erreicht keine der vorhandenen 10GBASE-SR-Komponenten.
- Niedrige Kosten: Die Automobilindustrie fordert niedrige Link-Kosten für 10 Gbit/s mit weniger als dem Doppelten der Kosten für 1-Gbit/s-Links. Vorfügbare Komponenten, die 10GBASE-SR erfüllen, liegen weit über diesem Kostenziel.
- Hohe Produktionsausbeute: Um die Kosten unter Kontrolle und möglichst niedrig zu kalkulieren, ist die Herstellung in einem hochvolumigen, industrialisierten Prozess notwendig. Dadurch können die großen parametrischen Schwankungen infolge eines individuellen und teuren Fertigungsprozesses eliminiert werden. Dies ist bei den derzeit verfügbaren 10GBASE-SR-Komponenten nicht der Fall, da sie nicht in hochvolumigen Low-Cost-Linien produziert werden. Ein System, das in der Lage ist, sich automatisch anzupassen und große Gewinnspannen zu ermöglichen, ist unerlässlich, um eine Produktion mit hoher Ausbeute, kostengünstigen End-of-Line-Tests und reduzierten Kosten in der Basistechnologie der Komponenten zu ermöglichen.
- Betrieb, Verwaltung, Wartung: Für die speziellen Funktionalitäten in Fahrzeugen wird ein Servicekanal benötigt, den 10GBASE-SR nicht bereitstellt.
- Warum sich 10GBASE-SR nicht für Automotive eignet
- Neuer Automobilstandard IEEE 802.3cz-2023
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Wettbewerbsfähig bleiben
Bordnetzproduktion – Abschied von der Handarbeit
Ressourcen effizient nutzen
Zukunftssichere Smart-Ethernet-Switches
Sicher kontaktiert
Batterie- und Zellkontaktiersysteme für E-Mobility
