Современная электроника №9/2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 Перспективы развития высокоскоростных соединений между датчиками и бортовыми дисплеями автомобиля Ни для кого не секрет, что темпы инноваций в автомобильной промышленности растут стремительно. Если предыдущие двадцать лет развитие автомобильной электроники было линейным, то за последние два-три года оно стало экспоненциальным. Автомобили становятся всё более технически сложными устройствами, интегрирующими в себе разнообразную электронику, и вопрос организации скоростных коммуникаций между устройствами становится всё актуальнее. Кэрри Брауэн, Кевин Кершнер (Keysight Technologies) Раньше автомобиль был просто средством передвижения из пункта А в пункт Б. Сейчас мы можем с уверен- ностью сказать, что это не относится к современным машинам и уж точно – к автомобилям завтрашнего дня. Прак- тически каждый новый автомобиль на рынке оснащён камерой заднего вида, системой помощи при парковке и системой мониторинга слепых зон. Некоторые предлагают обзор на 360°. Другие функции обеспечивают обнов- ления данных о дорожной обстановке в режиме реального времени, сотовую связь с потенциальными источника- ми опасности, другими участниками дорожного движения, транспортны- ми средствами или пешеходами. Есть функции, которые могут определить, что водитель отвлекается или устал. А между тем люди в машине часто не задумываются о том, насколько слож- ное оборудование помогает им в вожде- нии, и оценивают по достоинству лишь возможности информационно-развле- кательных систем. Эти функции реали- зуются с помощью различных датчи- ков, камер и сетей. По мере роста требований пере- довые системы помощи водите- лю (ADAS) нового поколения требу- ют применения камер и радаров всё более высокого разрешения. Это озна- чает увеличение скорости передачи и пропускной способности сетей, ком- мутаторов и интерфейсов, по кото- рым передаются данные. Инновации в автомобильной электронике стре- мительно ускоряются. Они, в частно- сти, нацелены на то, чтобы обеспечить передачу данных для этих продви- нутых функций со скоростью более 1 Гбит/с по существующим кабельным соединениям. Сети с более высокой пропускной способностью и мень- шей задержкой будут играть решаю- щую роль в решении проблем, связан- ных с реализацией будущих сложных, чувствительных ко времени автомо- бильных технологий. Многие из этих требований могут быть удовлетворены автомобильным Ethernet со скоростью передачи до 10 Гбит/с. Если учесть, что некоторые камеры требуют до 3500 Мбит/с, мы должны рассмотреть и другую техно- логию для передачи этих данных. Требования к пропускной способности Чтобы лучше понять требования к пропускной способности, запомните, что приблизительную скорость переда- чи видеопотока можно рассчитать по следующим формулам: ● Размер кадра = Разрешение × Глуби- на цвета; ● Скорость передачи данных = Размер кадра × Частота кадров; Таким образом, для камеры передо- вой системы помощи водителю (ADAS), снимающей изображение 1080p с глу- биной цвета 24 бита и частотой кадров 30 кадров в секунду, поддерживаемая скорость передачи данных равна: Размер кадра = 1920 × 1080 × 24 = = 49 766 400 бит. Скорость передачи данных равна 49 766 400 × 30 = 1493 Мбит/с. В табл. 1 приведены типичные объёмы данных от различных датчиков, задей- ствованных в беспилотном вождении. Отраслевые требования Автомобильный рынок развивает- ся под влиянием множества факто- ров, среди которых наиболее важны- ми являются следующие: ● увеличение потребности в более ши- роких полосах пропускания и приме- нении более лёгких материалов для реализации соединений; ● увеличение потребности в системах помощи водителю; ● рост спроса на элитные автомобили; ● перспективные технологии; ● повышение безопасности данных. Авторами установлена необходи- мость применения технологий, обе- спечивающих повышение пропускной способности и снижение веса прово- дных соединений для достижения мак- симальной эффективности использова- ния топлива (или батарей). Рост спроса на камеры заднего вида, датчики парк- троников и систем помощи при сме- не полосы движения, не говоря уже об отображении приборной панели на ветровом стекле и навигаторах, а так- же любых дополнительных информа- ционно-развлекательных системах, вызван развитием систем помощи водителю и технологий беспилотно- го вождения. Кроме того, разработчикам сетей нужно понимать, каким образом будут масштабироваться системы автомо- биля по мере развития технологий. Сегодня ожидается, что срок владения машиной составит 10–15 лет. В целях повышения экономической эффек- тивности уже сегодня следует рассмо- треть возможность проектирования сетевых решений, позволяющих уве- личить пропускную способность для поддержки дополнительных ресурсо- ёмких функций помощи водителю и беспилотного вождения, которые кли- енты захотят получить в течение сро- ка службы автомобиля. И конечно, обе- Таблица 1. Объёмы данных от датчиков, задействованных в беспилотном вождении Датчик Скорость передачи данных, Мбит/с Камера 500...3500 Лидар 20...100 Радар 0,1...5 Ультразвуковой датчик 0,01