Störfestigkeitsanalyse von 100BASE-T1 und 1000BASE-T1 Automotive Ethernet-Kommunikationssystemen mittels Direct Power Injection

Abstract

Die Notwendigkeit von schneller und zuverlässiger Datenübertragung im Fahrzeug hat zur Entwicklung von Automotive Ethernet-Kommunikationstechnologien geführt, die Übertragungsraten von 100 MBit/s (100BASE-T1) [1] und 1 GBit/s (1000BASE-T1) [2] über ein einzelnes, verdrilltes Leitungspaar (engl. Twisted Wire Pair, TWP) ermöglichen. Diese beiden Kommunikationsstandards werden als Punkt-zu-Punkt-Verbindung realisiert und die Daten werden im Vollduplexverfahren übertragen. Beide Standards verwenden eine dreistufige Pulsamplitudenmodulation (PAM 3) und dieselbe Struktur des Terminierungsnetzwerks [3]. Die hohen Übertragungsraten und kurzen Symboldauern können jedoch zu geringerer Immunität gegenüber elektromagnetischen Störeinkopplungen führen. Die Zuverlässigkeit der Übertragung ist im Hinblick auf sicherheitskritische Anwendungen in Elektrofahrzeugen mit vielen leistungselektronischen Systemen ein zentrales Kriterium für die Einsetzbarkeit der Kommunikationssysteme. Die Einkopplung von Common-Mode-Störungen (CM) durch elektromagnetische Felder kann bei der Verwendung von ungeschirmten Kommunikationsleitungen nicht vermieden werden. Aus diesem Grund ist eine genaue Kenntnis über die Störfestigkeit von Kommunikationstransceivern gegenüber diesen Störgrößen von großer Bedeutung. In z.B. [4] und [5] wurde die Störfestigkeit von 100BASE-T1 mit der Bulk-Current-Injection-Methode (BCI) untersucht und der Einfluss der Störungen auf die Kommunikationssignale dargestellt. Das Ziel dieses Beitrags ist es, die Störfestigkeit von 100BASE-T1- und 1000BASE-T1-Kommunikationssystemen gegenüber sinusförmigen CM-Störungen zunächst mit Messungen zu quantifizieren, anschließend mittels Simulationen systematisch zu analysieren und damit die Vergleichbarkeit der elektromagnetischen Störfestigkeit der Systeme zu ermöglichen. In Kapitel 2 wird der verwendete Messaufbau zur Untersuchung der Störfestigkeit gegenüber Common-Mode-Störungen basierend auf der Methode der Direct Power Injection (DPI) und den entsprechenden Vorgaben der OPEN Alliance [6,7] erläutert und die Ergebnisse dargestellt. In Kapitel 3 wird ein Modellierungsansatz eingeführt, mit dem die Terminierungsnetzwerke der Kommunikationssysteme und die DPI-Störeinkopplung simuliert werden können. Die Simulation wird in Kapitel 4 für eine weiterführende systematische Untersuchung der Störfestigkeit verwendet. Es werden sowohl das methodische Vorgehen, als auch die kritischen Störpegel für die verschiedenen Kommunikationssysteme dargestellt und diskutiert. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse erfolgt in Kapitel 5.