ADAS und vernetztes Fahren BASE-AU ebnet Weg für optische Kameras

Mit wachsender Bildqualität, höheren Frameraten und mehr Datenkanälen geraten herkömmliche Fahrzeugnetzwerke schnell an ihre Leistungsgrenzen. Genau hier setzt BASE-AU an. Robust, skalierbar und zukunftssicher bringt der neue, nach IEEE 802.3cz entwickelte optische Ethernet-Standard die nötige Bandbreite und Performance, um das volle Potenzial optischer Kameras freizusetzen.

Automatisiertes Fahren, intelligente Assistenzsysteme, vernetzte Mobilität – moderne Fahrzeuge sind rollende Rechenzentren. Im Mittelpunkt dieser Evolution stehen hochauflösende optische Kameras. Sie sind die Augen der künstlichen Intelligenz an Bord und liefern in Echtzeit kritische Bilddaten für Objekterkennung, Fahrerüberwachung und Entscheidungsfindung. Doch was als Komfortmerkmal begann, ist heute unverzichtbar für die Fahrzeugsicherheit: Moderne Autos integrieren 8, 16 oder sogar mehr Kameras, die für Rundumsicht, digitale Spiegel, Innenraumüberwachung und vieles mehr sorgen. Die Kameras sind längst mehr als passive Bildgeber – sie sind hochpräzise Sensoren und elementare Bausteine moderner Fahrerassistenzsysteme (ADAS) sowie autonomer Fahrfunktionen. Ihre Daten entscheiden in Millisekunden über Abstand, Spurtreue oder Gefahrenvermeidung – und damit über die Sicherheit auf der Straße.

Damit Kamerasysteme ihren vollen Nutzen entfalten können, müssen sie enorme Datenmengen in Echtzeit und ohne Verzögerung übertragen – gerade auch bei unkomprimierten Video-Streams. Das stellt höchste Anforderungen an die physikalische Übertragungsschicht:

• Verlustfreie Übertragung unkomprimierter Videos für maximale Bildqualität

• Zuverlässigkeit und Robustheit unter extremen Bedingungen wie Hitze, Vibration oder elektromagnetischer Störung

• Große Entfernungen zwischen Kamera, Steuergerät und Recheneinheit – ohne Qualitätseinbußen

Für diese Herausforderungen wurde BASE-AU konzipiert.

Ideale Lösung für die Integration optischer Kameras

BASE-AU bringt verschiedene Vorteile mit, die den Standard als ideale Lösung für die Integration optischer Kameras prädestiniert.

Entwickelt für Automotive-Umgebungen

BASE-AU-Komponenten sind für den Betrieb bei extremen Temperaturen und Vibrationen qualifiziert und eignen sich daher ideal für Kameramodule in Spiegeln, Stoßfängern oder hinter Windschutzscheiben.

Optimiert für große optische Verbindungen

Unter Einsatz von Automotive-qualifizierten Multimode-Glasfasern und großzügigem Verbindungsspielraum ermöglicht BASE-AU Übertragungen von bis zu 40 Metern – perfekt für zonale Architekturen, in denen Kameras weiter von zentralen Recheneinheiten entfernt sind.

Kompakte Integration

Im Gegensatz zu herkömmlichen SFP-Optiken lassen sich BASE-AU-Transceiver dank ihres kompakten Ein-Chip-Designs, das Board-to-Board- oder Board-to-Cable-Anschlüsse unterstützt, direkt in Kamera-PCBs oder ECUs integrieren. Das vereinfacht die mechanische Integration und reduziert die Gesamtkomplexität des Systems. So ist die Integration in Kameramodule mit einer Innenfläche von 19 auf 19 mm möglich.

Geringe Leistungsaufnahme

Hinsichtlich der Leistungseffizienz verbraucht der Transceiver bei der bidirektionalen Übertragung von 10 Gbit/s nicht mehr als 1 W, was einer Reduktion um 30 bis 50 Prozent im Vergleich zu gleichwertigen elektrischen Lösungen entspricht. Dieses niedrige Leistungsprofil ist wesentlich, um die thermischen Einschränkungen in kompakten und abgedichteten Gehäusen im Fahrzeug zu meistern.

Niedrige Latenz

Echtzeitfunktionen, wie Notbremsung oder Fußgängererkennung, stützen sich auf die Daten von optischen Kameras. Dafür profitieren sie von der deterministischen BASE-AU-Kommunikation mit niedriger Latenz, die strenge Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllt. BASE-AU bietet eine Kommunikationslatenz von unter 1 µs und eine End-to-End-Video-Latenz von unter 18 µs bei 10 Gbit/s. Bei steigenden Datenraten reduziert sich die Latenz dank der höheren Systemtaktfrequenz weiter, was noch schnellere Reaktionszeiten für kritische Anwendungen ermöglicht.

Exkurs in andere Branchen: Wechsel von Kupfer zu Faseroptik

Das Aufkommen von BASE-AU in der Automobilindustrie zeichnet einen breiteren historischen Wandel in anderen Branchen nach, die bereits von Kupfer- zu optischen Systemen übergegangen sind. In der Telekommunikation ermöglichte das Umstellen von Twisted-Pair-Kupferleitungen auf Lichtwellenleiter einen gewaltigen Sprung in Bandbreite und Entfernung, wodurch ISPs die Anforderungen von Streaming und Cloud Computing erfüllen konnten.

Heute setzen Rechenzentren, die früher auf Kupferverbindungen angewiesen waren, fast durchgängig Glasfaser für Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen Servern, Switches und Speicher-Arrays ein. Optische Netze ermöglichen es, Hyperscale-Rechenzentren, Terabit an Daten mit geringer Latenz und hoher Energieeffizienz zu verarbeiten.

Sogar in der Industrieautomation haben sich Sektoren wie die Luft- und Raumfahrt und die Bahnindustrie optischen Fasern zugewandt, um Signalintegrität und Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen zu gewährleisten.

Die Automobilindustrie befindet sich aktuell an einem ähnlichen Wendepunkt. Mit Daten im Gigabit-Bereich von Kameras, Lidar und Radar sowie steigenden Erwartungen an die Ausfallsicherheit kann Kupfer einfach nicht mithalten. BASE-AU bietet denselben Leistungs- und Stabilitätssprung, den einst Glasfaser für Telekommunikations- und Rechenzentren brachte, passend zugeschnitten auf die besonderen Anforderungen von Fahrzeugen.

BASE-AU für Backbone: das optische Nervensystem im Fahrzeug

Während Kameras die „Augen“ des Autos sind, steht das Backbone für sein Nervensystem. Es verbindet zonale Gateways, Domain-Controller und zentrale Recheneinheiten im gesamten Fahrzeug. Auch hier spielt BASE-AU eine entscheidende Rolle.

In zentralisierten und zonalen Architekturen, in denen Daten mit hoher Bandbreite von verschiedenen Sensoren zusammenlaufen und effizient verarbeitet werden müssen, ermöglicht BASE-AU:

• Highspeed-Verbindungen zwischen den Verarbeitungszonen (bspw. von der vorderen Zone zur zentralen Recheneinheit)

• Optische Redundanzpfade zum Sicherstellen eines ausfallsicheren Verhaltens im Falle eines einzelnen Fehlerpunkts

• Einsatz derselben Kabelbäume zur Reduktion von Gewicht und Komplexität bei verschiedenen Geschwindigkeiten (10, 25 und bis zu 50 Gbit/s)

Indem BASE-AU große Verbindungen unterstützt und EMI-immun ist, lässt es sich ideal im Fahrzeugchassis verlegen. Es minimiert elektromagnetische Störungen durch Hochspannungskomponenten und gewährleistet eine saubere Kommunikation zwischen den wichtigsten Datenverarbeitungsbereichen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Backbones, die auf Koaxial- oder abgeschirmten Twisted-Pair-Kabeln basieren, sind optische Backbones mit BASE-AU-Transceivern leichter, dünner, skalierbarer und zukunftssicherer. Das ist entscheidend für EV-Plattformen, bei denen sich ein kleineres Gewicht direkt auf Reichweite und Leistung auswirkt.

BASE-AU-Transceiver: funktional für Integration und Sicherheit

BASE-AU-Transceiver führen nicht nur die optoelektrische Umwandlung durch, sondern verfügen auch über Funktionen, die auf die spezifischen Anforderungen der Automobilindustrie zugeschnitten sind. KD725X ist eine Familie von BASE-AU-Transceivern, die sich derzeit in der Entwicklung des spanischen Fabless-Halbleiterunternehmens KD befinden.

Horizontale und vertikale Integration

Die KD725X-Transceiver sind sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Konfigurationen erhältlich, was die Integration in verschiedene Formfaktoren ermöglicht. Horizontale Versionen sind ideal für Kameramodule, während sich vertikale Versionen optimal für Backbone- oder Zonal-Gateway-Anwendungen eignen. Die mechanische Flexibilität ermöglicht Tier-1s und OEMs das Standardisieren auf eine einzige Transceiver-Plattform.

Sensor-Aggregation

Über interne SerDes-Schnittstellen unterstützt der Transceiver die Sensor-Aggregation. Damit können mehrere Kameraströme oder Sensor-Datenquellen auf einer einzigen optischen BASE-AU-Verbindung kombiniert werden. Die Vorteile sind signifikant:

• Weniger Kabel: Das System erfordert weniger Fasern und Stecker, womit sich Gewicht und Komplexität des Kabelbaums reduzieren.

• Vereinfachte Steuergeräte: Eine einzige ECU-Schnittstelle kann mehrere Sensoreingänge verwalten.

• Kosten- und Energieeffizienz: Eine optische Verbindung ersetzt mehrere Kupferverbindungen und spart E/A-Leistung und Platinenfläche.

Die Aggregation ermöglicht eine skalierbarere Architektur. Diese ist besonders bei Spiegelersatz-Kameras oder Kabinen-Überwachungssystemen von Vorteil, da hier Daten von mehreren Kameras mit niedriger Auflösung effizient übertragen werden müssen.

Signal-Replikation für Redundanz

Ein weiteres herausragendes Merkmal ist die Signal-Replikation. Mit dem KD725X kann der elektrische Ausgang des deserialisierten Signals an einen anderen Transceiver gesendet werden, der dann das optische Signal regenerieren und über eine zweite Faser übertragen kann. Diese Funktion bietet:

• Redundanz des optischen Pfades: wesentlich für Sicherheitsanwendungen, die eine ausfallsichere Kommunikation erfordern

• Durchschleifende Topologien: nützlich bei der Verkettung von Steuergeräten oder Kameramodulen in Ring- oder Mesh-Konfigurationen

• Prüfung und Diagnose: ermöglicht das Abgreifen von Datenströmen ohne Unterbrechen der primären Verbindung

Aus einer reinen Transportschicht entwickelt sich BASE-AU damit zu einer intelligenteren und modulareren Netzkomponente, wovon dynamische Fahrzeugarchitekturen profitieren.

Intelligentere Augen: schnellere Reflexe

Als „Augen“ der zukünftigen Fahrzeuge können die Kameras nur so leistungsfähig sein wie die Netzwerke, die sie verbinden. Mit BASE-AU steht Automobilherstellern und Zulieferern eine speziell entwickelte optische Ethernet-Lösung zur Verfügung, die den strengen mechanischen, thermischen und elektromagnetischen Anforderungen der Branche gerecht wird. Ob für Fahrerüberwachung, Seitenspiegel, Umgebungswahrnehmung oder Backbone-Integration, BASE-AU ermöglicht visuelle Echtzeit-Intelligenz und robuste zonale Vernetzung im Fahrzeug wie nie zuvor. (se)

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