Výhody optického přenosu dat při použití ve vozidlech 

Klasické měděné kabely narazily při přenosech multigigabitovou rychlostí na své limity

Požadavky na přenos dat v moderních vozidlech rychle rostou, ale „datové dálnice“ jsou stále založeny na tradičních technologiích. Klasické měděné kabely narážejí na své hranice z důvodu materiálových a technologických omezení. To vyvolává zásadní otázku: Je čas přejít na novou technologii přenosu? Řešením by mohl být optický přenos dat. Přečtěte si, jak se tato technologie vyvinula, jaké výhody nabízí a proč se stále více dostává do popředí zájmu automobilového průmyslu.

Proč se optický přenos dat v automobilovém průmyslu neprosadil už dávno?

Optický přenos dat je rozšířený po celém světě: Od prvního použití optických vláken v telekomunikacích v roce 1980 bylo jen v Německu k optické síti každoročně připojeno více než 1,5 milionu domácností a v současné době je položeno již více než 750 000 km optických kabelů. Kromě možnosti přenášet data velmi vysokými přenosovými rychlostmi (petabit/s), přenos optickými vlákny v internetu ve srovnání s klasickými měděnými kabely umožňuje snížit spotřebu elektrické energie přibližně 17krát.

Důvodem, proč se tato technologie dosud neprosadila v automobilovém průmyslu, je pravděpodobně sběrnice MOST, která byla vyvinuta v 90. letech minulého století. Ta se používala hlavně pro aplikace infotainmentu ve vozidlech a nesla s sebou omezující faktory, jako je sdílená šířka pásma nebo teplotní limit max. 85 °C.  Sběrnice MOST byla navíc proprietárním řešením, které znemožňovalo použití alternativních protokolů.

Od té doby však průmysl v oblasti optického přenosu dat dosáhl velkého pokroku. Nejenže se zvýšila rychlost přenosu dat ze 150 Mb/s (MOST) na 50 Gb/s (Ethernet), ale také došlo k optimalizaci vláken a struktur kabelu, takže stávající specifikace automobilového průmyslu nebo možné poloměry ohybu již nepředstavují překážku pro použití ve vozidle. S touto technologií lze také snadno přenášet data na velmi dlouhé vzdálenosti a optický přenos dat se tak stává čím dál zajímavější pro aplikace v nákladních vozidlech s návěsem.

K jakým zlepšením došlo v oblasti optického přenosu dat?

V posledních letech došlo k velkému pokroku ve vývoji optických komponent. U kabelů pak například zjistíme, že útlum optických vláken byl snížen o významný procentní podíl, což umožňuje přenos na velmi velké vzdálenosti. Hodně práce se také odvedlo v oblasti odolnosti vláken a kabelů, aby vydržely vysoké nároky automobilového průmyslu. Mnoha pokroků bylo dosaženo nejen ve spojovací technologii, ale také v technologii přenosu. Zde jsou v provozu systémy, které umožňují obousměrný přenos a zároveň mohou na jednom vláknu řídit pomocí různých vlnových délek více různých aplikací. Pokud tuto technologii aplikujeme na automobilový průmysl, lze vidět, že se zde otevírá možnost již dnes využívat tuto inovativní technologii, která je vhodná i pro požadavky budoucnosti. 

Jsou na trhu společnosti, které investují do optického přenosu dat pro automobilové aplikace?

Pro zodpovězení této otázky je nutný celosvětový výzkum, protože společností, které působí v automobilovém prostředí a zabývají se tímto tématem, není mnoho. Pokud se podíváme na Evropu, ukazuje se, že kromě MD ELEKTRONIK zahájilo zásadní projekty v oblasti této technologie jen několik málo hráčů. Jedna z těchto společností již několik let pracuje na ústředním prvku přenosu, kterým je transceiver. Jedná se o španělský start-up s názvem „KD“, který vyvinul nový postup pro umístění transceiveru (vysílací a přijímací jednotky) s integrovaným obvodem (IC) na substrát. Tato nová technologie, v kombinaci s výhodami optického přenosu dat, umožní integraci vysoce výkonných automobilových ethernetových spojů do budoucích generací vozidel. Společnost KD také významně přispěla k dokončení optického multigigabitového standardu IEEE 802.3cz.

Jaké vlastnosti hovoří pro použití optického přenosu dat?

Pokud porovnáme útlum, který nesmí překročit 35 dB (při 11 m), jako kritický prvek přenosu dat přes měď, je zřejmé, že optický útlum (přibližně 2,5 dB/km) má velmi nízkou hodnotu. Tato vlastnost byla v novém vývoji pro aplikace v datových centrech dále vylepšena, takže v současné době se dosahuje hodnot útlumu menších než 0,1 dB/km. Kromě této významné výhody lze vyzdvihnout mnoho dalších pozitivních aspektů. Použitím optických vláken místo srovnatelného měděného kabelu lze ušetřit přibližně 2/3 hmotnosti a zhruba 10 % potřebného prostoru. Kromě toho jsou optická vlákna méně náchylná na teplotní výkyvy a umožňují elektromagneticky kompatibilní (EMC) přenos dat na velmi dlouhé vzdálenosti, což je velmi užitečné například u návěsů kamionů a autobusů. Když se zaměříme na přenos dat, zjistíme další významné výhody. Optická vlákna mají nižší přenosové ztráty než měděné kabely a zároveň se u nich na rozdíl od mědi nevyskytují problémy spojené s elektromagnetickými interferencemi (EMC), jako je přeslech. Srovnatelný přenos pomocí měděných kabelů naproti tomu vyžaduje velké množství stínění. Pro budoucí aplikace nabízí optický přenos dat další velmi užitečnou vlastnost, a to možnost obousměrného přenosu při zachování stejné šířky pásma.

Při novém vývoji této technologie pro použití v automobilovém průmyslu již byly zohledněny nejdůležitější otázky, jako je odolnost proti mechanickým tahovým silám, únava v ohybu v kabelové konstrukci a v konektorech. Několika dodavatelům a výrobcům OEM byly poskytnuty vzorky vhodné pro použití v automobilovém průmyslu.