domingo , diciembre 9 2018
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La ventaja coaxial

Implementación de una solución económica, robusta y escalable en la capa física para sistemas de infoentretenimiento en red de alta velocidad para el automóvil.

Históricamente, los sistemas de infoentretenimiento en el vehículo (In-Vehicle Infotainment, IVI) de gran ancho de banda, con velocidades de transmisión superiores a 100 Mbps, se han incorporado en coches de gama alta. No obstante, cada vez es mayor el número de vehículos económicos que ofrecen capacidades IVI de gran ancho de banda. Si bien los sistemas IVI pueden incorporar varias funciones basadas en software, todos ellos comparten una base común: la necesidad de una tecnología subyacente en la capa física que sea robusta y admita transferencias de datos con un gran ancho de banda. La Tabla 1 resume las tecnologías actualmente disponibles para sistemas IVI de gran ancho de banda.

Durante los últimos años, la red óptica MOST150 ha servido con éxito como capa física de infoentretenimiento ya que ha cumplido todos los requisitos de los fabricantes OEM gracias a su elevado ancho de banda, escalabilidad, bajo peso, robustez, compatibilidad electromagnética (electromagnetic compatibility, EMC) y capacidad de adaptación al poco espacio disponible en los vehículos. Sin embargo, pese a estas características su coste ha sido una barrera para su adopción por parte de algunos de los mayores fabricantes de coches. Para responder a la demanda por parte del mercado de una capa física de menor coste para el IVI que siga siendo capaz de cumplir los exigentes requisitos del automóvil se ha presentado una nueva capa física estandarizada para redes IVI que se basa en cables coaxiales. Los cables coaxiales ofrecen muchas ventajas por su diseño, entre ellas:

  • Capacidad para ofrecer transferencias de datos con un gran ancho de banda
  • Alto blindaje: excelente robustez de EMC
  • Proceso de montaje automatizado de conectores
  • Cumplimiento de los exigentes requisitos mecánicos, como capacidad de flexión y amplio rango de temperatura
  • Solución económica homologada para el automóvil
  • Impedancia altamente controlada que permite el modo de funcionamiento full-duplex
  • Permite transmitir alimentación y transmisión de datos a través del mismo cable

Los cables coaxiales se han venido utilizando durante décadas en la industria del automóvil y se ha comprobado su validez para conexiones punto a punto. Por ejemplo, se han utilizado para conectar la antena y la radio y para conectar la antena a un módulo de comunicación GSM (Global System for Mobile).

Gracias a ello se han consolidado la infraestructura existente para una producción altamente automatizada y la cadena de suministro correspondiente. Los cables coaxiales cumplen los requisitos en cuanto al rango de temperatura y de tipo mecánico para el automóvil. También existe un estándar de conectores para el automóvil —denominado FAKRA— que ha sido adoptado por diferentes proveedores. Existen muchos formatos de conectores FAKRA que se suministran en diferentes colores y tipos de codificación mecánica para facilitar un montaje sencillo y eficiente en la línea de producción del vehículo. Los conectores FAKRA también se pueden producir utilizando procesos altamente automatizados. La Figura 1 muestra la sección transversal de un cable coaxial e ilustra la principal ventaja que ofrece un cable coaxial. La señal eléctrica se transmite a través del conductor interior (1), que está rodeado por una capa de aislamiento (2) y un blindaje metálico (3). Una capa exterior de plástico (4) protege el cable. Este diseño neutraliza las pérdidas de energía externas del cable coaxial.

El blindaje metálico contiene el campo eléctrico generado por la señal transmitida en el conductor interior y también protege el conductor interior frente a las interferencias procedentes de campos eléctricos externos, lo cual ofrece inmunidad frente a señales intensas. Estas propiedades mejoran la EMC y permiten que el cable coaxial sea adecuado para los vehículos. Dado que no existe la necesidad de implementar un enrutamiento especial o de respetar unas limitaciones estrictas por lo que se refiere a su colocación, el uso de los cables coaxiales en redes para el automóvil también reduce los costes de montaje del coche. Los cables coaxiales ofrecen características con las cuales no cuenta un sistema óptico clásico de tecnología MOST® (Media Oriented Systems Transport).

La impedancia controlada de los cables coaxiales posibilita la comunicación Dual Simplex (DS) y Full Duplex (FD) totalmente bidireccional. Esto permite a su vez implementar otras topologías de red además de la clásica de anillo utilizada en las redes MOST, lo cual representa una innovación importante de las redes IVI. Para determinadas aplicaciones también se puede implementar de manera sencilla una combinación de comunicaciones DS y FD. La Tabla 2 resume las posibles topologías que admite una capa física coaxial. La clásica topología de anillo se puede implementar en una capa física coaxial como indica la Figura 2. Este tipo de topología de red se basa en una comunicación DS unidireccional que necesita un cable de retorno para cerrar la estructura del anillo. La utilización de comunicación FD a través de un cable coaxial permite implementar topologías que de lo contrario no serían factibles. Por ejemplo, al aplicarla a un sistema de dos nodos se puede establecer una verdadera conexión punto a punto como muestra la Figura 3. No hay necesidad de incluir un cable de retorno porque la comunicación bidireccional se implementa a través de un solo cable coaxial. Esta topología puede ofrecer un ahorro de costes en el sistema de hasta el 50% si se compara con una red óptica MOST clásica en anillo con tan solo dos nodos. Esta posibilidad de ahorrar costes resulta muy atractiva para los grandes fabricantes de coches ya que pueden implementar un sistema de infoentretenimiento básico pero potente de dos nodos formado por una unidad central y un amplificador. En arquitecturas IVI más complejas formadas por tres o más nodos, la comunicación FD permite implementar una topología de bus. La Figura 4 muestra un ejemplo de sistema de infoentretenimiento con tres nodos basado en una topología de bus. La ausencia de un cable de retorno simplifica el proceso de montaje del coche y ayuda a reducir el coste total del sistema. La configuración de concentrados es otra posible opción cuando hay tres o más nodos conectados a una capa física coaxial que utiliza comunicación FD. La Figura 5 muestra una pantalla en un coche que actúa como concentrador conectado punto a punto con dos cámaras de visión trasera en sustitución de los espejos externos.

La combinación de comunicación DS y FD permite añadir nuevas aplicaciones a un sistema de infoentretenimiento existente basado en la topología de anillo. Por ejemplo, se podría utilizar para añadir un subdominio de audio con una red de micrófonos a un sistema existente cuyo desarrollo inicial no incorporara esta funcionalidad. Todas estas topologías ofrecen de manera opcional la capacidad de transmitir alimentación a través de la línea de datos coaxial. Esto le permite eliminar la necesidad de líneas de alimentación y conectores especiales para cada nodo de la red, con el consiguiente ahorro de coste y peso, además de simplificar el proceso de montaje del vehículo. Las arquitecturas mostradas en la Figura 5 y la Figura 6 son excelentes ejemplos de las ventajas que aporta la transmisión de alimentación a través del cable coaxial. Gracias a su pequeño tamaño, la cámara y los módulos de micrófonos se pueden diseñar de manera que utilicen un solo conector para transmisión de datos y alimentación. Dentro de la industria del automóvil es importante que haya un entorno muy competitivo para el éxito de una tecnología. La capacidad de generar una ventaja competitiva impulsa a los fabricantes de coches a innovar con la esperanza de obtener un generoso rendimiento de su inversión en forma de interés por parte del cliente y de ventas.

La ventaja competitiva depende de un plazo más corto de comercialización y de optimizar los costes totales del sistema. En la ecuación ventaja competitiva = 1/(plazo más corto de comercialización x mínimos costes totales del sistema), ambos elementos son fundamentales para el éxito y es preciso conocerlos bien. Cuando se estudia el plazo más corto de comercialización, lo que se tiene en cuenta realmente es el plazo hasta la obtención de ingresos y no solo la reducción de los costes de desarrollo. Si un fabricante de coches se ve obligado a retrasar la introducción de un nuevo modelo de coche en el mercado, su principal preocupación no consistirá en los pocos centenares de miles de dólares que hacen falta para cubrir los costes de ingeniería, sino las decenas de millones de dólares en ingresos perdidos. Es necesario conocer muy bien cuál es el coste total del sistema para comprender la ventaja competitiva que puede ofrecer una tecnología. Dentro del apartado de compras se suele contemplar solo la lista de materiales como un factor de coste, ignorando otros costes como los costes de ingeniería (una tecnología con una lista de materiales más corta podría tener unos costes de ingeniería mucho mayores), costes de calidad (por retirada de productos) y otros costes relacionados (lista de materiales de otros componentes relacionados de forma indirecta).

Todos ellos desempeñan un papel que siempre es más importante que los costes de la lista de materiales por sí solos. Por tanto, las ventajas de adoptar un sistema de infoentretenimiento en red de alta velocidad basado en una capa física coaxial son evidentes: la transmisión de datos a alta velocidad mediante cables coaxiales en coches es una tecnología madura y probada que se basa en una capa física económica y robusta que se ha venido utilizando con éxito. Los fabricantes de coches y los proveedores de primer nivel no necesitan realizar nuevas inversiones en conocimientos para reutilizar cables coaxiales en el dominio del infoentretenimiento con un gran ancho de banda.

El aprovechamiento de una tecnología probada en un dominio diferente minimiza el riesgo de experimentar costosos problemas de calidad posteriormente a lo largo de la vida operativa de un coche. El mercado reconoce estas ventajas tal como demuestra su adopción de esta tecnología por parte del primer fabricante OEM en el sector del automóvil en 2017. En 2018 y más adelante le seguirán nuevas decisiones en la misma línea para otros modelos de coches y fabricantes OEM de diferentes regiones por todo el mundo. Para más información sobre nuestras soluciones para implementar redes con un gran ancho de banda a través de cable coaxial en sistemas de infoentretenimiento para el automóvil, póngase en contacto con su representante de Microchip.

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