车载网络（IVN）是现代汽车不可缺的支柱之一，促进高级驾驶辅助系统（ADAS）、资讯娱乐系统、摄影机、车对车通讯系统，甚至是无线电波雷达和光探测雷射雷达（liDAR）在内的遥感技术等进阶功能所需的数据传输。
IEEE 10 BASE-T1S 以太网标准是什么?
调和如此庞大的汽车组件挑战并不小，更何况确保每个组件都符合各市场的合规标准。而使用双绞线的10-BASE T1S 汽车以太网络技术恰好能帮助制造商克服相关的困难。它的设计专门为在汽车等即嘈杂又含有电磁的环境中高速地（10 Mbps）传输资料。
10 BASE-T1S 的名称说明此以太网络技术如何透过基频信号或单一频道上的 10BASE 促进数据传输。与使用四对电缆的传统以太网不同的是，T1S 是专门在单对环境中的应用。
当然，10 BASE-T1S 的推出也意味着自 CAN/CAN-FD 以后汽车制造商必须适应的全新标准。好消息是，Rohde & Schwarz 技术经理 Curits Donahue 和 GRL 全球汽车总监 Rainer Eckelt 在本文中整合了最有相关的 10BASE-T1S 合规性信息以方便您参考。
汽车以太网络与自动驾驶汽车
随着汽车变得更加自主和互联，汽车的架构也越来越软件化。根据专家预测，汽车将在2030年实现所谓的“5级自治”，使得乘客可以完全依靠汽车系统来监控周围环境。
驾驶自动化的等级分为 1 级（无自动化功能）到 5 级（全自动化）。
现代车载架构 (IVN)
当然，想要实现高度自动化就要求制造商设计几乎毫无瑕疵的监控和备份系统。虽然听起来有些不可思议，少数的人也会在当年想像出如今的 ACES（自动化、连网、电动和共享）车款会如此普遍。现代车内网络（IVN）已经具备更高水准的运算能力和资料吞吐量，以保护和传输来自复杂感测器的资料。同时，IVN 的硬体设计也为了优化了功耗和重量效率而日益复杂。
IVN架构改进的一个显著方面是更趋向于域集中式的独立电子控制单元（ECU）。 ECU 格式让更少数的网域控制站覆盖单一网域，而单一网域则由更小的检查器和 ECU 组成。域集中式设计已经帮助汽车实现了3级自动驾驶，让通勤者轻松地让系统接管转向、加速和监控周围环境的任务。
自动驾驶汽车为什么需要 10 BASE-T1S？
10 BASE-T1S 的第一个概念验证出现在 2000 年代初至 2010 年。 100 BASE-TX 随着与一系列汇流排和交换器配件一起出现，也是制造商首次将 USB 连接埠和资讯娱乐系统纳入车载环境。从此以后，车载以太网络接管了车载系统的大部分连网功能，并引入了更高和更低的位元率。
自动驾驶汽车的市场潜力
随着科技的进步，消费者的意识和需求也不断提高。如今，超过一半的汽车客户 (64%) 表示愿意更换 OEM 以获得更好的自动驾驶能力。类似比例的美国客户 (66%) 将共享行程和免钥匙进入功能为基本标准。到2030年，预计95%的新销售车辆将实现互联，其中欧洲销售的电动车占53%。
10BASE-T1s 技术概览
于 2019 年获得批准的10 BASE-T1S 是 IEEE 旗下最新的汽车规范之一。虽然 10 BASE-T1S 不一定是最快的规范，但它能帮助制造商在速度、成本和系统协同效应之间取得平衡。
在其他汽车规格使用脉冲幅度修正（PAM）讯号的情况下，10 BASE-T1S 则使用差分曼彻斯特编码（DME）。此外，10 BASE-T1S 也支援点对点和多路传输架构。多路传输功能适用于长达 25 公尺的频道，并能支援 8 个节点。最后，10 BASE-T1S 系统有一个称为 PLCA 的调和子功能，以促进多点功能，可以算是 IEEE 汽车规范中比较新颖的标准。
PAM vs DME
10 BASE-T1S DME 讯号的主要优势之一是产生成本与 PAM 相比低得多。 DME 在 0 和 1 电平之间的转换频率远高于 PAM，有助于更快地恢复时钟，从而降低产品成本。
示范 DME 和 NRZ/PAM2 之间 0 和 1 电平转换频率的位元流范例。
多点拓扑
10 BASE-T1S 具有一个混合段，旨在允许多台装置连接到同一频道。终端节点设备（100Ω）和下降节点（50Ω）之间的电阻差使设备可以在非常接近的时间内通过同一通道进行通讯。这与其他车载以太网络规格中设备相互之间的通讯方式截然不同。
另一种设定是使用 100Ω 终端末端节点和单一 100Ω 阻抗终端来取代电缆，以达到相同的效果。
物理层防碰撞 (PLCA)
由于传统以太网络在很大程度上是一种定义了MAC 的点对点架构，较新的10 BASE-T1S 必须在使用预定义MAC 的同时以多路传输模式运行，其中调和子层必须介于实体编码层(PCS) 和MAC 之间。这样，每个设备都能发送信标，用于确定设备的传输顺序，最终避免碰撞。
10 BASE T1-S 应用程式和用例
10 BASE T1S vs 100/1000 BASE-T1 vs 传统 IVNs 比较
10 BASE-T1S 有时被称为介于 100/1000 BASE-T1 和传统 IVN 之间的黄金标准。它支援多路传输架构，资料传输速率也比传统网络更快，同时成本较低。
相较之下，先前的汽车技术（如 100/1000 BASE-T1）性能高，但成本也高，使用的是频宽高的 PAM 讯号以及交换器实现的感测器和启动器。另一方面，CAN、CAN FD 和 Flexray 等传统 IVN 成本较低，但资料传输率也较低，同时具有后来被以太网络采用的多路传输架构。
分区架构
区域架构由区域智慧交换器组成，具有到系统单晶片 (SoC) 装置的高速上行链路。从那里，可以与 100/1000 BASE-T1 高速感测器和执行器以及用于低速感测器和设备的 10 BASE-T1S 进行点对点连接。
10 BASE-T1S 测试规范
想要确保一致性和稳定性，必需先了解如何测试 10 BASE-T1S。这要求工程师在定义的环境中以可扩展和可重复的方式复制多点技术。
物理媒介附着物 (PMA) 测试标准
下图描述了 BUS 的设定。多点和 BUS 段会产生大量杂讯影像测试流程。 GRL 与 TC 14 组共同开发了振铃电路板，它总线设备限制在单一设定中，同时让工程师重现于真实 BUS 的相同环境。
为了进一步模拟常在 BUS 显示的场景，GRL 与 TC 14 团队密切合作，找出出示波器上最精确的校准设定和参数。若想了解详情，请参考网络研讨会示范。
PMA RX 校准
在模拟应力讯号的 RX 端，BUS 设定、振铃板和频率产生器为我们提供了创建不同等级抖动的可能性。这将显示 BUS 将如何根据定义讯号的杂讯幅度增大而改变。
链路合作伙伴可以在测试模式 1 和 3 中改变，也可重复使用。它显示振幅变化所引起的抖动效应。
PCS/PLCA 测试标准
PCS/PLCA 测试规范涉及文件的中间部分，影响到从 SoC 发送数位端资料的方法阶段的编码和传输。 10 BASE-T1S 有两层，而 100/1000 BASE-T1 只有 PCS 层编码和传送到前端。 10 BASE-T1S 上的 BUS 介面提供了一个新的 PLCA，可产生信标并在每个节点上建立用于传输的视窗。
以 ping 请求为例，MDI 表示资料在物理侧的传入位置。接着会有短暂的延迟，直到讯号移到另一边的 RMII 介面。
PMA 测试设置 (TX)
在多点段中，有两个阻抗为 100Ω 的终端节点。在此场景中，一个分接节点处于发送模式 (50Ω)，另一个分接节点处于接收模式（高阻抗）。当其中一个传输时，另一个保持沉默，有效减少讯号反射。
这与 100/1000 BASE-T1 和其他促进点对点的以太网络技术的做法相同。
以下降节点取代点对点设备将在测试设定中造成 50Ω 和 100Ω 之间的不匹配。这违反了 IEEE 规范，该规范要求 PMA 测试案例来测量两种配置。
那我们要如何测量50Ω元件的特性呢？在多点范例中，点对点终端节点和传输分接点节点在示波器上连结的另一端建立 100Ω 的线路终端。该 100Ω 实际上与具有下降节点或被测设备的示波器并联。
这包括抖动和幅度，可以在测试夹具中实现，或在 PCB 建议中添加可选的硬体修改以增加阻抗。
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关于作者
Rainer Eckelt 专注于扩展 GRL 针对汽车以太网、PCIe、SerDes 和 USB 等高速接口的测试服务和解决方案。 此前，他曾担任 NXP 的现场应用工程师、FibreCode GmbH 的总经理以及 SMSC/Microchip 的 MOST 工具组合总监。
