DENSO TEN Technical Review
デンソーテンテクニカルレビュー
車載Ethernetのノイズ性能検証
- 分野
- 車載Ethernet、EMC
- 関連製品
- カーナビ、EMC
はじめに
近年の自動車業界では自動運転や安全運転機能の発展に向け、大容量・低遅延での通信が可能な車載Ethernet 1000 BASE T-1の実用化が進んでいます。車載通信は搭乗者の安全に関わることから電磁ノイズに対して高度なノイズ性能が求められます。また、1000 BASE T-1はOTA（Over The Air）によるソフトウェア・アップデートにも活用されます。車載機器メーカとして時代に応じた快適・自由な移動を提供するためOTAへの対応は必要であり、新たな車載通信に対してもノイズ性能を成立させなければなりません。
そこで、1000 BASE T-1を対象とし、PHY（Physical Layer）レシーバとコネクタを繋ぐMDI（Medium Dependent Interface）回路のノイズ耐性および放射ノイズ抑制にはアートワークのどのパラメータが大きく影響を及ぼすか検証を行いました。そして、各ノイズ観点を踏まえた優先すべき設計パラメータと設計方針を明らかにしました。
差動配線におけるノイズ耐性と放射ノイズ
1000 BASE T-1は非常に高速な差動伝送方式です。差動伝送ではレシーバで各信号線D+とD-の電位差を読み取ります。そのため、ケーブルなどから重畳する同相ノイズがキャンセルされます。（左図 a）しかし、D+とD-で到達する信号の大きさ・タイミングが異なると、ノイズをキャンセルすることができず、ノイズが残存し、製品誤動作の要因になります。（左図 b）本現象は同相ノイズの一部が差動ノイズへ変換されることから、モード変換を起こすと表現されます。モード変換が大きくなると、ノイズがキャンセルされずノイズ耐性が低下します。そのため、高いノイズ耐性を実現するためには差動伝送路のモード変換を小さくする必要があります。また、1000 BASE T-1から放射されるノイズが過大な場合、ほかの機器の誤動作を引き起こす可能性があります。そのため、放射ノイズを抑制した設計とする必要があります。
今回の取り組み
車載Ethernet 1000 BASE T-1のMDI回路を対象とし、各種設計パラメータがノイズ耐性および放射ノイズに与える影響とその大きさについて検証を行いました。検証を行った主なパラメータは、差動配線の特性に大きく影響する配線幅、誘電体厚さ、差動配線からGNDまでの距離の3項目としました。そこに、製造公差バラツキの影響を見るため差動配線各信号線での配線幅が異なる場合、イレギュラーな設計として差動配線からGNDまでの距離が異なる場合を加え、計5項目としました。そして、各項目が検証可能な基板を作成し、ノイズ耐性および放射ノイズを測定しました。測定結果から、ノイズ耐性は製造上のバラツキも含めた対称性が影響すること、放射ノイズは差動配線-GND間の距離が影響することについて明らかにしました。そして、得られた各測定結果に重みづけを行い、ノイズ耐性および放射ノイズ双方への影響を加味した設計パラメータの優先順位付与、および、そのパラメータをどう設計すべきかを明らかにしました。
まとめ
今回、車載Ethernet 1000 BASE T-1を対象に、ノイズ耐性および放射ノイズについて各種設計について検証を行いました。その検証結果から、両観点を踏まえた優先すべき設計パラメータおよびその設計方針を明らかにすることができました。本検証で明らかにした設計方針を製品に適用することによって、当社製品の品質向上へ貢献していきます。
