CN111865424B - 一种汽车光纤以太网通信装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种汽车光纤以太网通信装置。本申请实施例提供的技术方案通过控制模块对睡眠唤醒模块的工作进行控制，在需要进行汽车光纤以太网通信时，控制睡眠唤醒模块对光纤以太网收发器和光电转换模块上电，需要进行通信连线的两个节点之间通过光纤连接光电转换模块，实现两个通信节点的以太网数据传输，光电转换模块对以太网数据进行光电转换，并通过光纤以太网收发器对以太网数据进行收发控制，使用光纤通信起到电流隔离的作用，也因其卓越的EMC性能，减少关于EMC调试过程的复杂与成本，提高汽车以太网的EMC性能，满足对电流隔离的要求。

Description

一种汽车光纤以太网通信装置
技术领域
本申请实施例涉及以太网通信领域，尤其涉及一种汽车光纤以太网通信装置。
背景技术
汽车新技术的应用对汽车网络的带宽提出更高要求，推动了汽车网络带宽需求爆发式增长，而传统汽车网络或带宽低或成本高而扩展性差，难以满足汽车厂商的各项需求。
以太网诞生早，具有技术成熟、带宽高、成本低且扩展性强等优势，在进入汽车领域前就已经得到广泛应用，由于以太网传输带宽高，导致更高的能量排放，而汽车对EMC(电磁兼容)要求十分严格，使得以太网直到近年才取得技术突破从而得以在汽车内应用，也就是汽车单对双绞线(100Base-T1/1000Base-T1标准)，然而在其开发过程中，需要做一系列专业的标准测试(如PMA测试)，而需要通过这些测试不仅需要昂贵的仪器，而且硬件调试的复杂性无疑也导致了更多的成本。
汽车内电气环境复杂，出于安全考虑，关键节点需做电流隔离以防止短路，但是现有汽车双绞线以太网通信系统EMC性能较差，难以满足对电流隔离的要求。
发明内容
本申请实施例提供一种汽车光纤以太网通信装置，以提高汽车以太网的EMC性能，满足对电流隔离的要求。
本申请实施例提供了一种汽车光纤以太网通信装置，包括光纤以太网收发器、光电转换模块、睡眠唤醒模块和控制模块，其中：
光电转换模块通过OFE接口连接于所述光纤以太网收发器，用于接入光纤，并实现与所述光纤以太网收发器的以太网数据传输；
控制模块通过RGMII接口连接于所述光纤以太网收发器，用于实现与所述光纤以太网收发器的以太网数据传输；
睡眠唤醒模块连接于所述控制模块、所述光纤以太网收发器和所述光电转换模块，并受控于所述控制模块对所述光纤以太网收发器和所述光电转换模块的供电进行控制。
进一步的，所述汽车光纤以太网通信装置还包括存储器，所述存储器通过SPI接口连接于所述光纤以太网收发器，用于储存对所述光纤以太网收发器进行配置的配置信息。
进一步的，所述控制模块还通过SMI接口连接于所述光纤以太网收发器，所述控制模块经SMI接口向所述光纤以太网收发器发送配置信息，以使所述光纤以太网收发器向所述存储器写入配置信息。
进一步的，所述汽车光纤以太网通信装置还包括下载器，所述下载器通过SMI接口连接于所述光纤以太网收发器，所述下载器用于向配置信息写入设备提供写入接口。
进一步的，所述光纤以太网收发器和所述下载器之间设置有下载开关，用于通断所述光纤以太网收发器和所述下载器的SMI接口连接；所述光纤以太网收发器和所述控制模块之间设置有控制开关，用于通断所述光纤以太网收发器和所述控制模块的SMI接口连接。
进一步的，所述汽车光纤以太网通信装置还包括电源模块，所述电源模块用于向所述汽车光纤以太网通信装置进行供电。
进一步的，所述电源模块通过一级供电线连接于所述控制模块和所述睡眠唤醒模块，所述睡眠唤醒模块通过二级供电线连接于所述光纤以太网收发器、所述光电转换模块和所述存储器，所述睡眠唤醒模块受控于所述控制模块控制二级供电线的连通或断开。
进一步的，所述光电转换模块包括数据接收模块和数据发送模块，所述数据发送模块通过OFE接口连接于所述光纤以太网收发器，所述数据接收模块通过一级供电线进行供电，所述数据发送模块通过二级供电线进行供电。
进一步的，所述数据接收模块通过控制信号线连接于所述睡眠唤醒模块。
进一步的，所述光纤以太网收发器的连接状态反馈引脚连接于所述控制模块。
本申请实施例通过控制模块对睡眠唤醒模块的工作进行控制，在需要进行汽车光纤以太网通信时，控制睡眠唤醒模块对光纤以太网收发器和光电转换模块上电，需要进行通信连线的两个节点之间通过光纤连接光电转换模块，实现两个通信节点的以太网数据传输，光电转换模块对以太网数据进行光电转换，并通过光纤以太网收发器对以太网数据进行收发控制，使用光纤通信起到电流隔离的作用，也因其卓越的EMC性能，减少关于EMC调试过程的复杂与成本，提高汽车以太网的EMC性能，满足对电流隔离的要求。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种汽车光纤以太网通信装置的结构框图；
图2是本申请实施例提供的光纤以太网收发器和光电转换模块的电路连接示意图。
附图标记：1、光纤以太网收发器；2、光电转换模块；3、睡眠唤醒模块；4、控制模块；5、存储器；6、下载器；7、下载开关；8、控制开关；9、电源模块；10、一级供电线；11、二级供电线；12、数据接收模块；13、数据发送模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
一种汽车光纤以太网通信装置，图1给出了本申请实施例提供的一种汽车光纤以太网通信装置的结构框图。参考图1，该汽车光纤以太网通信装置包括光纤以太网收发器1、光电转换模块2、电源模块9、睡眠唤醒模块3和控制模块4。其中电源模块9用于向汽车光纤以太网通信装置的各用电器件进行供电。
睡眠唤醒模块3连接于控制模块4、光纤以太网收发器1和光电转换模块2，并受控于控制模块4对光纤以太网收发器1和光电转换模块2的供电进行控制。
其中，控制模块4具体为微型控制器(MCU)，其具体型号可根据配置需要进行选择，本实施例不做限定。
具体的，控制模块4连接于光纤以太网收发器1的RGMII接口，用于实现控制模块4与光纤以太网收发器1的以太网数据传输。其中RGMII接口是以太网数据传输接口的一种。
进一步的，光电转换模块2连接于光纤以太网收发器1的OFE接口(非标准接口，以太网数据传输接口的一种)，用于接入光纤，并实现与光纤以太网收发器1的以太网数据传输。
图2是本申请实施例提供的光纤以太网收发器1和光电转换模块2的电路连接示意图。其中光电转换模块2包括数据接收模块12(Rx)和数据发送模块13(Tx)，数据发送模块13和数据接收模块12均连接于光纤以太网收发器1的OFE接口。
本实施例使用的光纤具体为(汽车级)塑料光纤，以太网收发器具体为汽车塑料光纤以太网收发器，其具体型号可根据配置需要进行选择，本实施例不做限定。汽车塑料光纤以太网具有十分卓越的EMC性能，能够轻易满足OEM(代工厂)的标准，减少关于EMC调试过程的复杂与成本，此外其固有的电流隔离特性能够满足需要电流隔离的应用，塑料光纤在结构上没有金属，因此进行通信连线两个节点间的隔离可以达到无限大，并且使用光来传送信号，可以避免因使用金属电缆线路而受电磁干扰导致通信传输中断的危险，同时也不会在传输线上产生电磁干扰。
示例性的，本实施例选用汽车级塑料光纤以太网收发器。该收发器可应用于车载通信系统、ADAS、信息娱乐系统和关键汽车系统的主干中，以及重视基于光学网络的关键优势的用例中。该收发器可通过车内POF(塑料光纤)实现千兆以太网(1000BASE-RH)通信，实现塑料光纤的优势，并实现IEEEStd802.3bv物理层规范和管理参数1000Mb/s的物理编码子层(PCS)和物理介质连接(PMA)子层(定义为1000BASE-H)在塑料光纤上的操作。同时，还实现100Mb/s以太网操作，表示为100BASE-H，其目标是在IEEE802.3下标准化。本实施例所提供的光电转换模块2可根据配置需要进行选择，本实施例不做限定。
在本实施例中，选用汽车级塑料光纤以太网收发器与专用光电转换模块设计汽车塑料光纤以太网通信系统，只需按照标准的RGMII接口连接光纤以太网收发器1与控制模块4，对于非标准OFE接口，则按照图2所示的连接方式连接光纤以太网收发器1与光电转换模块2，其中光纤以太网收发器1与光电转换模块2连接基本也按照对应引脚定义直接连接。并且塑料光纤以太网收发器1与光电转换模块2的组合经过了收发器芯片制造商的严格测试，确保能满足汽车环境使用需求。
具体的，如图2所示，光纤以太网收发器1的48号引脚(OFE_RX_P)、49号引脚(OFE_RX_N)和50号引脚(OFE_IMON)分别连接于数据接收模块12的11号引脚(RXP)、12号引脚(RXN)和8号引脚(IMON)，并且光纤以太网收发器1的48号引脚(OFE_RX_P)和49号引脚(OFE_RX_N)与数据接收模块12的11号引脚(RXP)和12号引脚(RXN)之间通过差分阻抗为100OOhms的差分线进行连接。
进一步的，光纤以太网收发器1的44号引脚(OFE_TX_P)、45号引脚(OFE_TX_N)和51号引脚(OFE_TX_EN)分别连接于数据接收模块12的3号引脚(TXP)、4号引脚(TXN)和7号引脚(TX_EN)，并且光纤以太网收发器1的44号引脚(OFE_TX_P)和45号引脚(OFE_TX_N)与数据接收模块12的3号引脚(TXP)和4号引脚(TXN)之间通过差分阻抗为100OOhms的差分线进行连接。
光纤以太网收发器1的连接状态反馈引脚(53号引脚，OFE_LNK_STAT)连接于控制模块4，用于向控制模块4反馈光纤以太网收发器1的连接状态，控制模块4可根据状态反馈引脚的输出信号进行相应的操作(可根据实际运行策略进行设置)。例如在状态反馈引脚的输出信号反映是否有其他节点接入或处于链接状态时，控制模块4通过睡眠唤醒模块3控制是否对光纤以太网收发器1和光电转换模块2进行供电。光纤以太网收发器1与光电转换模块2的其余连接接线以及外围电路可根据现有技术进行连接，本实施例不再赘述。
进一步的，本实施例提供的汽车光纤以太网通信装置还包括存储器5和下载器6。下载器6具体为微型控制器，其型号本实施例不做限定。其中，存储器5连接于所述光纤以太网收发器1的SPI接口，用于储存对光纤以太网收发器1进行配置的配置信息，以太网收发器在上电过程中通过SPI接口读取存储器5的配置数据，并根据配置信息执行以太网数据传输相关的工作。
同时，控制模块4还连接于光纤以太网收发器1的SMI接口，控制模块4经SMI接口向光纤以太网收发器1发送配置信息，以使光纤以太网收发器1在接收到配置信息后，向存储器5写入该配置信息。
进一步的，下载器6连接于光纤以太网收发器1的SMI接口，下载器6用于经SMI接口向配置信息写入设备(例如PC)提供写入接口(例如USB接口)，以使光纤以太网收发器1在接收到配置信息后，向存储器5写入该配置信息。
可选的，光纤以太网收发器1和下载器6之间设置有下载开关7，用于对下载器6和光纤以太网收发器1的SMI接口之间连接的通断进行控制。光纤以太网收发器1和控制模块4之间设置有控制开关8，用于对控制模块4和光纤以太网收发器1的SMI接口之间连接的通断进行控制。在需要向存储器5写入配置信息时，可根据向光纤以太网收发器1发送配置信息的设备闭合对应的下载开关7或控制开关8，进一步执行配置信息写入操作。其中，下载开关7和控制开关8可根据实际需要进行选择，例如点动开关、拨码开关等，本实施例不做限定。
进一步的，电源模块9通过一级供电线10连接于控制模块4、睡眠唤醒模块3下载器6和光电转换模块2中的数据接收模块12。一级供电线10作为常闭供电线，直接向控制模块4、睡眠唤醒模块3下载器6和数据接收模块12进行供电，其供电不受睡眠控制模块4的影响，在睡眠模式下不会断电。
睡眠唤醒模块3通过二级供电线11连接于光纤以太网收发器1、存储器5和光电转换模块2中的数据发送模块13，睡眠唤醒模块3受控于控制模块4控制一级供电线10和二级供电线11的连通或断开，对光纤以太网收发器1、存储器5和数据发送模块13的供电进行控制。二级供电线11作为受控供电线，受睡眠唤醒模块3的控制在睡眠模式下会断电。其中数据接收模块12通过一级供电线10进行供电，数据发送模块13通过二级供电线11进行供电。
进一步的，数据接收模块12还通过控制信号线连接于睡眠唤醒模块3，用于对睡眠唤醒模块3的工作进行控制，从而对一级供电线10和二级供电线11的连通或断开进行控制。具体的，如图2所示，数据接收模块12通过差分线连接于睡眠控制模块4(图中OFE_Rx引出的差分线，其端点e连接于睡眠控制模块4)，通过共模电压作为控制信号对睡眠控制模块4进行控制。
示例性的，睡眠控制模块4可根据实际需要进行选择，可用于对线路的通断进行控制的器件或设备均可，本实施例不做限定。例如，可利用开关器件(例如三极管、MOS管等)作为睡眠控制模块4，开关器件的控制端(例如NMOS管的栅极)连接于控制模块4和数据接收模块12(数据接收模块12的差分线，即图中e端点)，开关器件的其余两个连接端(例如NMOS管的漏极和源极)分别连接于一级供电线10和二级供电线11，控制模块4或数据接收模块12通过向开关器件的控制端发送控制信号(例如电平信号)，从而控制开关8器件对二级供电线11的导通或关断。
其中睡眠模式可理解为在控制模块4、光纤以太网收发器1或光电转换模块2在未检测到光纤或远端节点的接入时，光纤以太网收发器1和数据发送模块13不需要进行以太网数据传输的工作模式，此时可切断对光纤以太网收发器1和数据发送模块13的供电，减少电能的耗费。
进一步的，电源模块9选用现有供电模块即可，本实施例不做限定。例如，可选用可充电或可替换电池作为电源模块9，直接为汽车光纤以太网通信装置进行供电，或者是利用电源管理模块(包括电压转换和稳压模块)作为电源模块9，并外接电源对汽车光纤以太网通信装置进行供电。
在其他可行的实施例中，还可以是利用控制器连接集线器、交换机、路由器等数据交换设备作为控制模块4，数据交换设备连接控制模块4和光纤以太网收发器1，方便光纤以太网收发器1接入更多的控制模块4，或者是与更长距离的控制模块4进行连接。
上述，通过控制模块4对睡眠唤醒模块3的工作进行控制，在需要进行汽车光纤以太网通信时，控制睡眠唤醒模块3对光纤以太网收发器1和光电转换模块2上电，需要进行通信连线的两个节点之间通过光纤连接光电转换模块2，实现两个通信节点的以太网数据传输，光电转换模块2对以太网数据进行光电转换，并通过光纤以太网收发器1对以太网数据进行收发控制，使用光纤通信起到电流隔离的作用，也因其卓越的EMC性能，减少关于EMC调试过程的复杂与成本，提高汽车以太网的EMC性能，满足对电流隔离的要求。同时，下载器6和控制模块4可对光纤以太网收发器1的配置信息进行写入或更新，并保存在存储器5中，光纤以太网收发器1在上电时从存储器5中读取对应的配置信息并工作，实现更灵活的以太网通信。并且通过控制模块4和数据接收模块12对睡眠唤醒模块3的工作进行控制，减少在通信装置处于睡眠模式时对电能的耗费。塑料光纤以太网收发器1与光电转换模块2的组合经过了收发器芯片制造商的严格测试，确保能满足汽车环境使用需求，并且塑料光纤还具有质轻、柔软，更耐破坏(振动和弯曲)以及有着优异的拉伸强度、耐用性和占用空间小等特点，非常适合于在汽车内恶劣、嘈杂的工作环境。
上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (6)

1.一种汽车光纤以太网通信装置，其特征在于，包括光纤以太网收发器(1)、光电转换模块(2)、睡眠唤醒模块(3)和控制模块(4)，其中：
光电转换模块(2)通过OFE接口连接于所述光纤以太网收发器(1)，用于接入光纤，并实现与所述光纤以太网收发器(1)的以太网数据传输，其中光电转换模块（2）包括数据接收模块（12）和数据发送模块（13），数据发送模块（13）和数据接收模块（12）均连接于光纤以太网收发器（1）的OFE接口，所述光纤为塑料光纤；
所述汽车光纤以太网通信装置还包括电源模块(9)，所述电源模块(9)用于向所述汽车光纤以太网通信装置进行供电；
所述电源模块(9)通过一级供电线(10)连接于所述控制模块(4)、所述数据接收模块(12)和所述睡眠唤醒模块(3)，所述一级供电线（10）为常闭供电线，所述睡眠唤醒模块(3)通过二级供电线(11)连接于所述光纤以太网收发器(1)、所述数据发送模块(13)和存储器(5)，所述睡眠唤醒模块(3)受控于所述控制模块(4)控制二级供电线(11)的连通或断开；
所述数据接收模块(12)通过差分控制信号线连接于所述睡眠唤醒模块(3)，所述数据接收模块（12）用于通过共模电压作为控制信号对睡眠唤醒模块(3)进行控制；
控制模块(4)通过RGMII接口连接于所述光纤以太网收发器(1)，用于实现与所述光纤以太网收发器(1)的以太网数据传输，其中RGMII接口是以太网数据传输接口的一种；
睡眠唤醒模块(3)连接于所述控制模块(4)、所述光纤以太网收发器(1)和所述光电转换模块(2)，并受控于所述控制模块(4)对所述光纤以太网收发器(1)和所述光电转换模块(2)的供电进行控制。
2.根据权利要求1所述的汽车光纤以太网通信装置，其特征在于，所述存储器(5)通过SPI接口连接于所述光纤以太网收发器(1)，用于储存对所述光纤以太网收发器(1)进行配置的配置信息。
3.根据权利要求2所述的汽车光纤以太网通信装置，其特征在于，所述控制模块(4)还通过SMI接口连接于所述光纤以太网收发器(1)，所述控制模块(4)经SMI接口向所述光纤以太网收发器(1)发送配置信息，以使所述光纤以太网收发器(1)向所述存储器(5)写入配置信息。
4.根据权利要求3所述的汽车光纤以太网通信装置，其特征在于，所述汽车光纤以太网通信装置还包括下载器(6)，所述下载器(6)通过SMI接口连接于所述光纤以太网收发器(1)，所述下载器(6)用于向配置信息写入设备提供写入接口。
5.根据权利要求4所述的汽车光纤以太网通信装置，其特征在于，所述光纤以太网收发器(1)和所述下载器(6)之间设置有下载开关(7)，用于通断所述光纤以太网收发器(1)和所述下载器(6)的SMI接口连接；所述光纤以太网收发器(1)和所述控制模块(4)之间设置有控制开关(8)，用于通断所述光纤以太网收发器(1)和所述控制模块(4)的SMI接口连接。
6.根据权利要求5所述的汽车光纤以太网通信装置，其特征在于，所述光纤以太网收发器(1)的连接状态反馈引脚连接于所述控制模块(4)。
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