단일쌍 이더넷(SPE) 자동차 설계를 가속화하는 테스트 키트

June 10, 2024

단일쌍 이더넷(single-pair Ethernet, SPE)은 인포테인먼트에서부터 첨단 운전자 지원(ADAS)에 이르는 다양한 애플리케이션을 지원함으로써 자동차 분야에서의 가능성을 나타내고 있습니다. 센서와 관련 기능의 활용이 점점 늘어나고 있는 동향은 SPE의 확산에 유리하게 작용합니다. OPEN(One-Pair Ether-Net) 얼라이언스 SIG(Special Interest Group)가 지적한 것처럼, 자동차 설계에서 새로운 기능을 추가하려면 지금까지는 새로운 전자제어장치(ECU)를 추가해야 했습니다. 그러나 자동차마다 평균 50개, 많게는 200개가 넘는 ECU를 사용하고 있는 현 상황에서는 그러한 방식이 그다지 실용적이지 않습니다. 그 결과, 업계는 점점 더 영역 서비스 지향적인(zonal service-oriented) 아키텍처로 옮겨가고 있습니다.

단일쌍 이더넷(--SPE) 자동차 설계를 가속화하는 테스트 키트

SPE를 사용하면 여러 센서 및 액추에이터와 통신하는 고성능 ECU에 새로운 서비스를 추가할 수 있습니다. 차량에 SPE를 효과적으로 배치하려면 첨단 커넥터 기술과, 이들 커넥터를 빠르고 정확하게 평가하기 위한 방법이 필요합니다. 두 개의 새로운 신호 검증 키트인 enetSEAL+ 신호 검증 키트(Signal Validation Kit)와 HDSCnet+ 신호 무결성 테스트 키트(Signal Integrity Test Kit)는 바로 이러한 커넥터 평가 작업에 도움을 줄 수 있습니다.

가용한 커넥터 제품들

TE 커넥티비티(TE Connectivity)의 SPE 제품에는 enetSEAL+ 및 HDSCnet+ 커넥터 제품군이 포함됩니다. enetSEAL+ 커넥터는 다기능 디스플레이, 텔레매틱스, 텔레메트리 장치, 인포테인먼트 모듈, ADAS 및 MAC(media access controller) 애플리케이션을 위해, 열악한 조건에서 전선 대 전선 및 전선 대 기판 연결을 지원합니다. 이들 커넥터 제품들은 SPE 차동 신호 전송 통신 프로토콜을 사용하여 외부 카메라와 감지 모듈을 연결할 수도 있습니다.

HDSCnet+ 러기드, 고강도 열가소성 커넥터는 TE 커넥티비티의 HDSCS 커넥터 인터페이스와 이 회사의 확장가능하고 크기가 작은 모듈형 단일 쌍 이더넷 MATEnet 차량용 이더넷 인터커넥션 시스템을 결합합니다. HDSCnet+는 전선 대 전선, 전선 대 장치 연결을 지원하며, 곧 전선 대 기판 연결도 지원할 예정입니다. 이 제품은 비차폐 또는 차폐 연선 케이블에 대한 전력공급 및 확장성 외에도, SPE를 결합하여 다중 하이브리드 인터페이스를 지원합니다. MATEnet은 IEEE 100BASE-T1 및 1000BASE-T1 표준에 맞게 최대 1Gbps를 지원하며, 다른 대체 기술들을 기반으로 할 때에는 최대 4Gbps까지도 지원합니다. TE의 NanoMQS 단자는 다른 UTP(Unshielded Twisted Pair) 및 STP(shielded twisted pair) 제품들과 모두 호환됩니다. 이들 제품은 차량 내 네트워킹(1000BASE-T1), 후방 카메라(100BASE-T1) 등의 애플리케이션에 적용할 수 있습니다.

커넥터 검증용 테스트 키트

이러한 커넥터 기술 관련 설계를 지원하기 위해, TE 커넥티비티는 두 가지 테스트 키트를 제공합니다. enetSEAL+ 신호 검증 키트는 100BASE-T1 (IEEE 802.3bw) 100Mbps 연결을 지원하므로, 설계자는 UTP 케이블을 통한 SPE 통신용 TC2 OPEN 얼라이언스 사양에 대한 enetSEAL+ 커넥터 시스템을 검증할 수 있습니다.

이 키트에는 enetSEAL+ 180° 헤더 1개와 SMA 커넥터 2개로 구성되는 2개의 테스트 보드 어셈블리가 포함되어 있습니다. 이들 두 개의 테스트 보드 사이에는 총 15m 길이의 케이블 링크를 생성하기 위해 결합할 수 있는 3m 길이의 재킷 UTP 20AWG 케이블 어셈블리 5개가 포함되어 있습니다(그림 1). 이 링크는 채널 내에서 최대 4개의 인라인 연결이 가능한 100BASE-T1 사양을 복제하여, 엔지니어가 100BASE-T1 TC2 사양을 충족하도록 전체 15m 길이의 WCC(whole communication channel)을 검증할 수 있게 합니다.

[그림 1] enetSEAL+ 신호 검증 키트에는 테스트 보드 어셈블리 2개와 3m 길이의
재킷 UTP 케이블 어셈블리 5개가 포함되어 있습니다.

100BaseT1 100Mbps 연결용 HDSCnet+ 신호 무결성 테스트 키트를 사용하면 엔지니어가 재킷 UTP 케이블을 통한 SPE 통신용 TC2 OPEN 얼라이언스 사양에 대한 TE의 HDSCnet+ / MATEnet 커넥터 시스템을 검증할 수 있습니다. 이 키트에는 각각 MATEnet 90 ° 헤더 1 개와 2개의 SMA로 구성되는 테스트 보드 2개가 포함되어 있습니다. enetSEAL+ 키트와 마찬가지로 HDSCnet+ 키트에도 역시 두 테스트 보드 사이에는 총 15m 길이의 케이블 링크를 생성하기 위해 결합할 수 있는 5개의 케이블 어셈블리가 포함되어 있습니다. 보다 짧은 채널 길이를 평가해야 할 경우, 엔지니어는 1개 이상의 케이블 링크를 제거할 수 있습니다.

테스트 설정 예시

enetSEAL+ 키트는 엔지니어가 두 가지 키트를 모두 사용하는 방법을 보여주는 사례가 될 수 있습니다. 측정 파라미터에는 특성 임피던스 차동 모드(CIDM), 반사 손실(RL), 삽입 손실(IL), 종방향 변환 손실(LCL) 및 종방향 변환 전송 손실(LCTL)이 포함됩니다. 이 키트 외에 벡터 네트워크 분석기(VNA)와 시간 영역 반사계(TDR) 등의 장치가 추가로 필요합니다.

WCC 평가를 위한 일반적인 테스트 설정에는 테스트 케이블, 인라인 커넥터, 확장된 접지 기준면 (최소 1m x 2m 크기)에 대한 10mm ± 0.5mm 절연 지원(εr ≤ 1.4)이 포함됩니다. 이 키트의 테스트 보드 어셈블리는 테스트 케이블 링크 어셈블리의 양쪽 끝에 부착되어, 실제 자동차의 ECU 커넥터 역할을 하게 됩니다. 그 다음에 이 테스트 보드 어셈블리는 RL과 IL 등 혼합모드 S-파라미터 측정을 위해 VNA에 연결되거나, CIDM 측정을 위해 TDR에 연결됩니다.

그림 2는 기생 커플링을 방지하기 위해 케이블을 구불구불하게 배열하고 나무 막대로 고정시킨 TE 커넥티비티의 실험실 설정 사진을 보여줍니다. VNA 및 TDR을 사용하여 측정을 수행한 다음, 마지막 단계는 측정 결과를 TC2 통신 채널 규격의 한계치와 비교하는 것입니다.

[그림 2] TE 커넥티비티의 이 실험실 설정은 기생 커플링 방지를 위해 구불구불하게 배열된 케이블을 보여줍니다.
(출처: 마우저 / TE의 "enetSEAL+ 측정 지침")

이 신호 무결성 키트 측정은 사용자가 선택한 커넥터와 케이블이 설계에 요구되는 프로토콜 성능을 충족하는지 확인합니다. 이 키트는 설계자에게 각 커넥터 제품군을 사용한 실습 경험을 제공합니다.

자동차에 사용되는 ECU 수가 늘어나면서 자동차 제조사들은 영역 서비스 지향적인 아키텍처로 옮겨가고 있습니다. 고성능 ECU는 SPE를 통해 여러 센서 및 액추에이터와 통신합니다. enetSEAL+ 신호 검증 키트와 HDSCnet+ 신호 무결성 테스트 키트의 두 가지 테스트 키트는 설계자가 자동차 시스템 설계에 SPE를 적용할 때 커넥터 기술을 평가하는 데 도움이 됩니다.