Murata Mesures de suppression du bruit ADAS pour 1000Base-T1

Transmission du signal par Ethernet automobile

Ethernet et d'autres interfaces automobiles utilisent des signaux de transmission différentiels qui offrent des émissions minimales et résistent aux effets du bruit externe. Étant donné que le bruit externe pénètre souvent de la même manière dans les deux lignes de signaux de transmission différentielle, cela n'affecte pas leur différence et ces lignes présentent une forte résistance au bruit externe. Autre avantage : comme la ligne de signal de la paire sont adjacentes, tout champ magnétique généré par les courants de signal est annulé. Par conséquent, il est difficile pour le bruit d'être émis à l'extérieur.

Problèmes de bruit dans l'Ethernet automobile

Dans les lignes de transmission différentielles (où le bruit n'a pas tendance à être généré), des problèmes de bruit peuvent toujours survenir lorsqu'un courant en mode commun est généré par une variété de facteurs.

Facteurs de bruit en mode commun

L'une des caractéristiques des lignes de transmission différentielles est que le bruit en mode commun n'est généralement pas généré. Mais si un décalage (différence de temps) ou une différence d'amplitude se produit dans les signaux entre les deux lignes, l'équilibre du signal entre les deux lignes sera perdu. Par conséquent, le bruit en mode commun sera généré.

Suppression du bruit Ethernet automobile

Problèmes Ethernet
Il existe des différences entre les câbles utilisés pour Ethernet et les câbles utilisés pour les normes HDMI, USB et autres.

Les câbles HDMI, USB et similaires comportent une paire composée d'une ligne de signal et d'une ligne de masse séparée. En conséquence, même si un courant en mode commun circule, ce courant passe par la ligne de masse et revient. Par conséquent, le champ magnétique généré par le courant en mode commun est annulé et les émissions de bruit n'ont pas tendance à se produire.

Les câbles Ethernet, en revanche, n'ont pas de ligne de masse. Par conséquent, la voie de retour du courant en mode commun est une terre qui traverse une capacité parasite, et les émissions de bruit ont tendance à être générées plus facilement.

Bobine d'arrêt en mode commun

Une bobine d'arrêt en mode commun (CMCC) est efficace dans les mesures de suppression du bruit pour l'Ethernet automobile et d'autres transmissions différentielles.

La bobine d'arrêt est formée en enroulant deux lignes dans des directions opposées autour d'un noyau commun. Les flux magnétiques générés par les deux lignes pour le courant en mode différentiel s'annulent mutuellement et il n'y a aucun effet sur le courant différentiel. Les flux magnétiques générés par les deux lignes pour le courant en mode commun se renforcent mutuellement et agissent comme un inducteur. En raison de cette action, le bruit en mode commun peut être efficacement atténué sans affecter les signaux différentiels.

Utilisation des CMCC dans l'Ethernet automobile

L'équilibre du CMCC est important dans l'Ethernet automobile. S'il existe des différences dans les longueurs ou les enroulements des deux lignes composant le CMCC, le courant pourrait devenir déséquilibré. Cela pourrait entraîner une conversion de mode et générer du bruit en mode commun. Pour cette raison, un CMCC conçu pour maintenir l'équilibre des deux lignes doit être sélectionné.

Le CMCC DLW32MH101XT2 de Murata est idéal pour la suppression du bruit 1000Base-T1. Il présente une valeur d'impédance basée sur l'utilisation en 1000Base-T1 et offre une conception équilibrée pour empêcher l'apparition d'une conversion de mode.

DLW32MH101XT2

Le CMCC DLW32MH101XT2 fournit trois éléments clés:
•Efficace pour supprimer le bruit émis par les lignes de signaux dans les réseaux automobiles.
•Entièrement compatible avec la norme Ethernet automobile 1000Base-T1
•Température de fonctionnement de -40 °C à +125 °C pour les applications automobiles

Prévention des émissions conduites

Conditions de mesure des émissions conduites
Les émissions conduites ont été mesurées (méthode 150 Ω) à l'aide d'une carte de test CEM 1000Base-T1.

Comparaison des résultats d'atténuation du bruit

Le bruit de mode commun est conduit à partir de la ligne de signal sur la carte de test CEM 1000Base-T1. La mesure est effectuée à l'aide d'un récepteur EMI. Dans cette étude, les CMCC ont été modifiés pour comparer le bruit.

CMCC utilisé dans les tests d'émission

Pour les CMCC de test, Murata a utilisé le DLW32MH101XT2 (CMCC pour 1000Base-T1). À titre de comparaison, le DLW43MH201XK2 (CMCC pour 100Base-T1) et le DLW32SH101XK2 (CMCC pour CAN) ont été utilisés.

Résultats des mesures

Les résultats des mesures d'émissions effectuées montrent que le DLW32MH101XT2 conçu pour 1000Base-T1 était le plus efficace pour réduire le bruit et respectait les valeurs limites. Les DLW43MH201XK2 et DLW32SH101XK2 n'ont pas pu réduire suffisamment le bruit pour satisfaire les valeurs limites.

Mécanisme de génération de bruit

On pense qu'un facteur dans les différents résultats de suppression de bruit par les CMCC est l'effet de la caractéristique de conversion de mode Ssd12 du CMCC (Figure 1, ci-dessous). Lorsque la valeur Ssd12 est élevée, une proportion élevée des signaux de mode différentiel qui ont été entrés est convertie en bruit de mode commun. En conséquence, le niveau de bruit a augmenté.

Points clés de la suppression du bruit

Les résultats des mesures d'émissions conduites indiquent dans quelle mesure le bruit de mode commun peut être réduit par le Scc21 aux basses fréquences. Il indique également dans quelle mesure la quantité convertie en mode commun peut être réduite à des fréquences élevées par les caractéristiques de conversion du mode Ssd12.

Remarques sur la conception des cartes

Les points clés de la conception des cartes ont été révélés par les évaluations du CMCC (Figure 2 ci-dessous). Lorsque le même échantillon CMCC pour 1000Base-T1 a été installé sur la carte de test dans les mêmes conditions, les niveaux de bruit étaient différents. Un résultat d'échec s'est également produit dans l'une des cartes. (Remarque : des résultats d'échec peuvent être obtenus pour certains états de la carte de test même lorsque les échantillons CMCC sont identiques.)

Lorsque les caractéristiques de la voie de transmission sur la carte ont été analysées, Murata a trouvé des différences dans les caractéristiques de conversion de mode du côté de la sortie CMCC et des valeurs élevées pour la carte n°2 (Figure 3, ci-dessous).

Un facteur probable dans les différents niveaux de bruit conduit par les cartes était que les signaux de mode différentiel, après avoir traversé le CMCC, étaient convertis en bruit de mode commun sur la carte (Figure 4, ci-dessous).

Les points clés pour l'occurrence de la conversion de mode (Figure 5, ci-dessous) incluent la résistance côté sortie CMCC, le condensateur et le câblage de la carte. On pense que des déséquilibres surviennent en raison de variations dans les caractéristiques de ces composants.Pour cette raison, les sections autres que le CMCC nécessitent également une attention particulière pour maintenir l'équilibre caractéristique entre les lignes.

Émissions conduites dans 100Base-T1

Lorsque les mêmes mesures d'émissions ont été effectuées pour 100Base-T1, les valeurs limites ont été dépassées lors de l'utilisation du DLW32SH101XK2 pour CAN. Mais le DLW43MH201XK2 conçu pour 100Base-T1 était suffisamment efficace pour réduire le bruit pour satisfaire les valeurs limites.

100Base-T1 Vs. 1000Base-T1

Le composant de fréquence contenu dans le signal en mode différentiel est différent entre 100Base-T1 et 1000Base-T1 (Figure 6, ci-dessous). Par conséquent, les caractéristiques de conversion de mode requises sont également différentes. C'est pourquoi il convient de sélectionner un CMCC conçu pour répondre à la norme correspondante.

Test des mesures d'immunité (DPI)

Un test d'injection directe de puissance (DPI) a été effectué en utilisant la même carte de test CEM 1000Base-T1 que l'émission conduite.

Processus de test

Le bruit en mode commun est conduit d'une source externe à la ligne de signal sur la carte de test CEM 1000Base-T1. Un PC de contrôle est utilisé pour confirmer si des erreurs de communication se sont produites.

CMCC utilisé dans les tests DPI

De la même manière que les émissions conduites, Murata a utilisé les DLW32MH101XT2 (CMCC pour 1000Base-T1), DLW43MH201XK2 (CMCC pour 100Base-T1) et DLW32SH101XK2 (CMCC pour CAN) comme CMCC de test.

Résultats du test DPI 1000Base-T1 - 1

À des fréquences basses de 2 MHz et moins, les CMCC présentaient des différences de niveaux de performance. Cependant, pour les autres fréquences, il n'y avait pas de différence de performance et tous les CMCC respectaient les valeurs limites.

Résultats du test DPI 1000Base-T1 - 2

On pense que les différences dans les CMCC à 2 MHz et moins sont dues à l'atténuation en mode commun (Scc21). Les différences entre les caractéristiques de conversion du mode n'ont pas eu d'incidence sur les résultats du test DPI.

Le test d'immunité (DPI) mesure les points clés

Résultats du test DPI 100Base-T1
Après 1000Base-T1, le test DPI a également été effectué pour 100Base-T1. Le CMCC pour 100Base-T1 a satisfait aux valeurs limites. Cependant, le CMCC pour CAN s'est moins bien comporté que le CMCC pour 100Base-T1 à des fréquences basses de 1 MHz et moins. Il n'a pas non plus atteint les valeurs limites de 8 MHz à 60 MHz et a échoué au test (Figure 7 ci-dessous).

On pense que les différences à 2 MHz et moins sont dues à l'atténuation en mode commun (Scc21). De plus, on pense que les différences entre 8 MHz et 60 MHz sont dues aux caractéristiques de conversion de mode (Figure 7 ci-dessous).

Mécanisme d'entrée de bruit

L'un des facteurs expliquant pourquoi les caractéristiques de conversion de mode du CMCC ont affecté les résultats du test pour 100Base-T1 est que le bruit de mode commun provenant d'une source externe a été converti en bruit de mode différentiel. Ce processus a faussé la forme d'onde du signal, entraînant une erreur de communication.

Remarques sur la conception des cartes

De la même manière que les émissions conduites, en plus du CMCC, cela peut également être causé par la conversion de mode en raison de déséquilibres sur la carte (Figure 9 ci-dessous). Par conséquent, une attention particulière est nécessaire dans la conception de la carte.

Conclusion

        •Pour la norme Ethernet automobile 1000Base-T1, de hautes performances sont requises dans les CMCC utilisés pour la suppression du bruit. Les caractéristiques de conversion de mode sont particulièrement importantes.
•Dans l'évaluation des émissions conduites, un CMCC ayant des caractéristiques de conversion de mode qui répondent aux valeurs requises pour 1000Base-T1 est nécessaire pour supprimer le bruit. Les valeurs limites ne peuvent pas être respectées lors de l'utilisation de CMCC pour CAN ou pour 100Base-T1.
•Même dans le CMCC pour 1000Base-T1, les caractéristiques de conversion de mode peuvent se détériorer en raison des variations dans la conception de la carte et des composants installés, ce qui entraîne un bruit supplémentaire. Par conséquent, une attention particulière à ce point est nécessaire pour le processus de conception.
•Dans le test DPI, qui est un test d'immunité, les performances requises pour le CMCC sont inférieures à celles des émissions conduites. Mais la résistance au bruit varie selon le PHY. Par conséquent, celui qui a des caractéristiques de conversion de mode inférieures est préféré.

CMCC présentés

Pour 1000Base-T1 : DLW32MH101XT2L
•Efficace pour supprimer le bruit émis par les lignes de signaux dans les réseaux automobiles.
•Entièrement compatible avec la norme Ethernet automobile 1000Base-T1
•Température de fonctionnement de -40 °C à +125 °C pour les applications automobiles

Pour 100Base-T1 : DLW43MH201XK2L
•4,5 mm (L) x 3,2 mm (l) x 2,7 mm (H), tolérance dimensionnelle de ±0,2 mm
•Fournit une inductance de mode commun de 200 μH (à 0,1 MHz) malgré sa taille compacte
•Amélioration significative des caractéristiques de conversion de mode

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