Nachdem NXP bereits über sechs Milliarden Transceiver für LIN, CAN und Flexray an Automotive-Kunden ausgeliefert hat, kommen jetzt die ersten Automotive-Ethernet-Chips des Halbleiterherstellers auf den Markt. Die neuen Ethernet-Chips basieren auf der BroadR-Reach-Technologie, einem durch die OPEN Alliance festgelegten Standard für Anwendungen im Automobil, mit dem Ethernet-Anwendungen aus dem Consumer-Bereich künftig die wesentlich strengeren Automotive-Anforderungen erfüllen.

NXP steigt ins Automotive-Ethernet-Geschäft ein.

NXP steigt ins Automotive-Ethernet-Geschäft ein.NXP

„NXP ist Gründungsmitglied der OPEN Alliance und der weltweit erste Anbieter mit einem dedizierten Automotive-Portfolio, bestehend aus den beiden Produktfamilien Ethernet-Transceiver und Ethernet-Switches“, erklärt Toni Versluijs, Vice President & General Manager des Produktbereiches In-Vehicle Networking, im Gespräch mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIK. „Entsprechende Produktmuster stehen schon zur Verfügung; die Serienproduktion von Ethernet-Transceivern des Typs TJA1100 startet im vierten Quartal 2015.“ Er betont, dass viele OEMs und Tier-1s bereits den Ethernet-Switch SJA1105 als Muster im Labor testen. Der Beginn der Serienfertigung des SJA1105 ist für das zweite Quartal 2016 geplant.

Toni Versluijs: „Wir haben die Ethernet-Chips von Anfang an ganz bewusst für Automotive-Anwendungen entwickelt."

Toni Versluijs: „Wir haben die Ethernet-Chips von Anfang an ganz bewusst für Automotive-Anwendungen entwickelt.“NXP

Bei dem Transceiver (PHY, Physical Layer) und dem Switch (MAC) handelt es sich um zwei getrennte Chips, die in jeweils unterschiedlichen Technologien gefertigt sind. Während der in einem 6 mm x 6 mm großen HVQFN-Gehäuse untergebrachte PHY-Baustein derzeit noch für Datenraten von 100 MBit/s ausgelegt ist, sind die Ports des Switches mit jeweils 1 GBit/s spezifiziert. Allerdings plant NXP nach Angaben von Toni Versluijs, gegen Ende dieses Jahrzehnts einen Gigabit-PHY auf den Markt zu bringen.

Transceiver TJA1100

Günther Sporer: „Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen benötigt der Ethernet-PHY von NXP keinerlei zusätzliche Komponenten wie Spannungsregler, um bei abgeschaltetem Motor aktiv zu bleiben"

Günther Sporer: „Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen benötigt der Ethernet-PHY von NXP keinerlei zusätzliche Komponenten wie Spannungsregler, um bei abgeschaltetem Motor aktiv zu bleiben“NXP

„Wir haben die Ethernet-Chips von Anfang an ganz bewusst für Automotive-Anwendungen entwickelt“, berichtet Toni Versluijs. „Nur so konnten wir sicherstellen, dass wir auch die harten Automotive-Anforderungen in puncto ESD und EMV erfüllen.“ Der Ethernet-PHY TJA1100 kommt insbesondere zur Senkung des Energieverbrauchs im Low-Power-Mode zum Einsatz. Bei abgeschaltetem Motor schlafen die Fahrzeugsysteme, aber der Ethernet-PHY bleibt teilweise unter Strom und weckt das System nur bei entsprechender Netzwerkaktivität auf. „Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen benötigt der Ethernet-PHY von NXP keinerlei zusätzliche Komponenten wie Spannungsregler, um bei abgeschaltetem Motor aktiv zu bleiben“, betont Günther Sporer, Manager Produktsegment Ethernet bei NXP, gegenüber AUTOMOBIL-ELEKTRONIK. „Dadurch ergeben sich natürlich diverse Vorteile in puncto Energieverbrauch und Batterielebensdauer.“

Der Switch SJA1105 verfügt über fünf Ports und ist für Gigabit-Ethernet ausgelegt.

Der Switch SJA1105 verfügt über fünf Ports und ist für Gigabit-Ethernet ausgelegt.NXP

Ethernet-Switch

Dass NXP in enger Zusammenarbeit mit TTTech einen Automotive-Ethernet-Switch entwickelt, haben wir in der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK schon berichtet, aber jetzt hat NXP Details zum SJA1105 genannten Switch bekannt gegeben. Bei dem Switch-Chip handelt es sich um einen Store-and-forward-Switch für den Layer 2, der über fünf Ports verfügt, die jeweils für maximale Datenübertragungsraten von 1 GBit/s ausgelegt sind. Er nutzt deterministische Ethernet-Technologie, um die maximal zulässigen Verzögerungszeiten (Latencies) zu garantieren, die bei Anwendungen wie dem autonomen Fahren von höchster Bedeutung sind: Hier spielt die deterministische Kommunikation für die Betriebseffizienz und funktionale Sicherheit des Gesamtsystems eine übergeordnete Rolle.

Ethernet könnte schon bald als Backbone zur Verbindung zwischen den Domänencontrollern dienen.

Ethernet könnte schon bald als Backbone zur Verbindung zwischen den Domänencontrollern dienen.NXP

Deterministisches Ethernet folgt dem Trend hin zur Unterstützung von Bandbreitenanforderungen bis zu 1 GBit/s; gleichzeitig bietet diese Technologie bei vernetzten Steuersystemen sehr hohe Zuverlässigkeiten sowie eine hohe Verfügbarkeit für Anwendungen redundanter Systeme, die im Fehlerfall weiterarbeiten müssen (Fail-Operational-Systeme). Der Switch unterstützt verschiedene Standards wie Ethernet (IEEE 802.3), Time-Triggered Ethernet (SAE AS6802) sowie Audio Video Bridging (AVB) und Time-sensitive Networking (TSN).

Ethernet soll nach Ansicht von NXP in Zukunft beim verteilten Infotainment- und ADAS-System eine Schlüsselrolle im Fahrzeug übernehmen. Aufschlussreich ist das Fahrzeug auf dieser offiziellen NXP-"Folie".

Ethernet soll nach Ansicht von NXP in Zukunft beim verteilten Infotainment- und ADAS-System eine Schlüsselrolle im Fahrzeug übernehmen. Aufschlussreich ist das Fahrzeug auf dieser offiziellen NXP-„Folie“.NXP

„Mit dem SJA1105 ermöglichen wir den Wechsel von Quality-of-Service zu Guarantee-of-Service, so dass ein Datenpaket am richtigen Ort zur richtigen Zeit mit vorhersagbarer Latenzzeit ankommt“, hebt Günther Sporer hervor. „Damit leistet der Ethernet-Switch von NXP einen wesentlichen Beitrag zum fahrerlosen Fahren. Schon heute sind in dem Chip Funktionalitäten integriert, die in Richtung Time-sensitive Networking zielen. „ Dies wird unter anderem durch Virtuelle Links und Timestamps (Zeitstempel) möglich.

Der digitale Ethernet-Switch-Baustein SJA1105 verfügt über ein MII/RMII/RGMII-Interface und ermöglicht Port Mirroring (Port-Spiegelung). Er bietet VLAN-Support gemäß IEEE 802.1Q sowie IEEE 8V02.1P und unterstützt TTEthernet gemäß SAE AS6802 für die fehlertolerante Taktsynchronisation.

Verteilte Architekturen

Günther Sporer geht davon aus, dass OEMs etwa ab dem Ende dieses Jahrzehnts Ethernet als Backbone-Netzwerk zur Verbindung der Domänen-Steuergeräte verwenden werden, um dann Folgendes zu ergänzen: „Der Trend geht bei den Fahrzeug-Netzwerken auch Richtung Distributed Networking Architecture. So lassen sich bestimmte Funktionalitäten besser auslagern. Audioverstärker müssen dann beispielsweise nicht mehr in der Headunit verbaut sein und diverse Tuner-Funktionen dagegen können bereits in der Antenne verbaut sein, wo die Wandlung vom HF-Signal zum digitalen Datenstrom stattfindet.“

Nach Ansicht des Marktforschungsunternehmens Gartner sollen übrigens bis zum Jahr 2023 in den weltweit produzierten Fahrzeugen 162 Millionen Ethernet-Knoten mit insgesamt 242 Millionen Ports zum Einsatz kommen.

PHY und Switch für Ethernet

NXP bringt gerade einen PHY und einen Switch auf den Markt. Der Halbleiterhersteller hat die beiden Chips von Grund auf speziell für Automotive-Anwendungen entwickelt.