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Automotive Ethernet Testverfahren für STP-Leitungen entwickelt

Autor: Sven Prawitz

Die Spezifikation der Open-Alliance-Arbeitsgruppe TC9 stellt besondere Anforderungen an geschirmte Steckverbinder. Rohde & Schwarz und TE Connectivity haben dafür ein spezielles Messverfahren entwickelt.

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Das Ethernet-Netzwerk in Fahrzeugen überträgt Daten für Infotainment-Anwendungen und Diagnosefunktionen.
Das Ethernet-Netzwerk in Fahrzeugen überträgt Daten für Infotainment-Anwendungen und Diagnosefunktionen.
(Bild: Rohde & Schwarz)

Die Ethernet-Technologie wird in Fahrzeugen bereits sehr vielfältig genutzt. Zuerst wurde sie für den Rundumblick beim Parkassistenten und der Diagnose eingesetzt. Inzwischen entwickeln Automobilhersteller und deren Zulieferer immer mehr Funktionen, die per Automotive Ethernet laufen: Der Entwicklungsdienstleister und Netzwerkspezialist Vector Informatik zählt auf seiner Internetseite dazu neben ADAS-Funktionen auch Anwendungsfälle im Infotainment-Bereich, die Kommunikation zwischen E-Auto und Ladesäule, die fahrzeuginterne Kommunikation sowie das Messen und Kalibrieren.

Vor allem die zunehmende Konnektivität nach innen und außen sorgt für immer mehr Antennen im Fahrzeug. Dort können deshalb nicht ausschließlich ungeschirmte Leitungen – sogenannte unshielded twisted pair (UTP) – eingesetzt werden. Die elektromagnetische Interferenz, die im Bereich der Antennenmodule entstehen kann, stört die Datenübertragung in den ungeschirmten Leitungen. Das gefährdet die Integrität anderer Kommunikationen innerhalb des Fahrzeugs.

Open Alliance Testspezifikation für STP-Leitungen

Einige Automobilhersteller und deren Zulieferer – beispielsweise BMW, Daimler, Dräxlmaier und TE Connectivity – arbeiten in der sogenannten Open Alliance (One-Pair Ethernet) an Spezifikationen für den Übertragungsweg zwischen zwei Halbleitern: also Leitungen und Kontakten. Das Technical Committee 9 (TC9), eine Arbeitsgruppe der Open Alliance, hat für den Test von geschirmten Leitungen (shielded twisted pair, STP) und Steckverbindern spezielle Anforderungen definiert.

TE Connectivity und Rohde & Schwarz haben sich zusammengetan, um für diesen Test einen Prüfablauf zu entwickeln. Um die Steckverbinder der Mate-Net-Produktlinie mit STP-Leitungen zu prüfen, wurde ein Vektor-Netzwerkanalysator (VNA) der Serie ZNB verwendet.

Netzwerkanalysator mit integrierten Protokollen

Nik Dimitrakopoulos, Automotive-Ethernet-Experte bei Rohde & Schwarz, beschreibt die Vorgehensweise: „Zunächst einmal erfordern die STP-Spezifikationen der TC9, ähnlich wie bei UTP-Kabeln, eine VNA-Kalibrierung und Genauigkeitsmessung.“ Die notwendigen Kalibrierungsprotokolle laut Spezifikation (aus Open Alliance Channel and Components Requirements for 1000BASE-T1) sind bereits auf dem Netzwerkanalysator installiert. Für den Ablauf könne sowohl ein manuelles als auch ein automatisches Kalibrierungskit verwendet werden.

Auch die vorgeschriebenen Parameter für die Genauigkeitsmessung sind laut Rohde & Schwarz für die Parameter RL (return loss), LCL (Longitudinal Conversion Loss) und LCTL (Longitudinal Conversion Transfer Loss) im VNA verfügbar.

Anspruchsvolle Grenzwerte

In der STP-Spezifikation sind außerdem einige Grenzwerte laut Dimitrakopoulos recht anspruchsvoll. Deshalb erfordere zum Beispiel die Grenzwertlinie für die Modusumwandlung, dass die Kabel von 10 bis 50 MHz mit einer Dämpfung unterhalb von 56 dB arbeiten müssen.

Eine weitere neue Anforderung, die sich aus der Verwendung von STP-Leitung ergibt, ist eine fortschrittlichere De-Embedding-Methode zur Berechnung der Rückflussdämpfung von Inline-Steckverbindern. „Wegen möglicher Fehlanpassungen des Kabels am Steckverbinder funktioniert das Time Domain Gating nicht.“

Mit dieser Methode könne laut Andreas Engel ein Stecker alleine, ohne das Umfeld betrachtet werden. Der TE-Manager (Business Development) ergänzt: „Ich kann damit den Einfluss des Steckers extrahieren, und das ist im Hochfrequenzbereich nicht so einfach.“ Die Automotive-Steckverbinder seien mit den Standard-Schnittstellen der Hochfrequenz-Messtechnik nicht kompatibel. Um das Produkt zu testen, ist ein Messaufbau nötig, dessen Einfluss natürlich herausgefiltert werden muss.

Integriertes De-Embedding

Die Experten von Rohde & Schwarz haben für dieses Problem einen speziellen Ansatz gewählt: das In-Situ-De-Embedding von Atai Tec. „Diese Methode liefert genaue Messungen und ist eine Softwarefunktion, die auf dem ZNB VNA läuft“, sagt Dimitrakopoulos. Der Einfluss des Testaufbaus wird somit automatisch eliminiert.

Zu den Anforderungen der TC9 sagt Dimitrakopoulos: „Diese Testspezifikation kann für viele Ingenieure eine anspruchsvolle Aufgabe sein.“ Rohde & Schwarz könne Ingenieure bei der Durchführung genauer Messungen mit seinen Test- und Messanwendungen unterstützen, die sich in diesem Markt bei vielen Komponentenherstellern bewährt haben. Diese Expertise und das Wissen um die Anforderung an Automotive-Komponenten hat das Unternehmen in das Projekt mit TE eingebracht. Für Andreas Engel ist die Zusammenarbeit daher „eine Win-Win-Geschichte“.

Testergebnisse global vergleichen

Die Automobilindustrie ist global aufgestellt. Deshalb muss das Testverfahren auf der ganzen Welt wiederholbar sein. Es dürfe vor allem Unternehmen nicht überfordern, wie Engel betont. Die Arbeitsgruppe TC9 habe die Spezifikation sehr eng gefasst und damit die Freiheitsgrade stark eingeschränkt. Das macht die Ergebnisse vergleichbar.

Rohde & Schwarz hat in seine Messgeräte für die TC9-Testverfahren eine automatisierte Software integriert. „Diese bietet dem Anwender eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Einrichtung und ihm die Möglichkeit, seine Testberichte in verschiedenen Dateiformaten zu erstellen“, sagt Dimitrakopoulos. Auch wenn die Anforderungen steigen – die Anwendung soll dann doch einfacher werden.

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 Sven Prawitz

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Technikjournalist