2. 车载网络基础
好，咱们进入正题。上一章聊了车载以太网为什么非要用100BASE-T1，这一章咱们就把它物理层的老底儿翻出来看看。
说白了，100BASE-T1跟咱们办公室用的100BASE-TX最大的区别，就在物理层。TX用的是两对线，一对发一对收，信号是简单的NRZ（不归零码）。T1呢？一对双绞线，既要发又要收，还得抗干扰、省成本。怎么做到的？核心就在PAM3。
2.1 为什么是PAM3？不是PAM2也不是PAM4？
你可能会问：为什么不用更简单的PAM2（就是NRZ）？或者用更高速的PAM4？
嗯，这里有个平衡问题。
- PAM2（NRZ）：每个符号只传1比特，简单是简单，但想跑到100Mbps，符号率就得100Mbaud。在单对线上，这么高的频率，衰减和EMI（电磁干扰）都压不住。车载环境你懂的，线束又长又乱，根本扛不住。
- PAM4：每个符号传2比特，符号率可以降到50Mbaud。但PAM4有4个电平，信噪比要求高，对线路的线性度也苛刻。车载芯片成本敏感，搞PAM4有点杀鸡用牛刀。
- PAM3：每个符号传log₂(3) ≈ 1.58比特。符号率算下来是66.67Mbaud。这是个折中——比PAM2慢，比PAM4简单。
核心结论：PAM3用3个电平，在66.67Mbaud的符号率下实现了100Mbps的数据率。既控制了带宽，又保证了鲁棒性。这是IEEE 802.3bw标准反复权衡后的选择。
我在做第一个100BASE-T1项目时，看到PAM3的第一反应也是：这玩意儿靠谱吗？后来实测发现，它在非屏蔽双绞线上的表现确实比NRZ好太多。尤其是共模噪声抑制，PAM3天生就有优势。
2.2 PAM3编码原理：三个电平的故事
PAM3，全称是3级脉冲幅度调制。它用三个电压电平来表示信息：+1、0、-1。注意，不是二进制，是三进制。
但数据是二进制的，怎么映射到三进制上？
标准做法是：每3个比特映射到2个PAM3符号。3比特有8种组合，2个PAM3符号有3²=9种组合，多出来的1种用于特殊控制（比如空闲或错误指示）。
| 数据比特 (3位) | PAM3符号对 (Symbol1, Symbol2) |
|---|---|
| 000 | (-1, -1) |
| 001 | (-1, 0) |
| 010 | (-1, +1) |
| 011 | (0, -1) |
| 100 | (0, 0) |
| 101 | (0, +1) |
| 110 | (+1, -1) |
| 111 | (+1, 0) |
你看，3比特变成了2个符号。所以数据率是符号率的1.5倍。100Mbps的数据率，对应66.67Mbaud的符号率。这个映射表是固定的，收发两端必须一致。
实战小贴士：调试时，我习惯用示波器看PAM3眼图。三个电平清晰可见，中间电平（0）的张开度是关键。如果中间眼闭了，说明线路噪声太大或者均衡没调好。我曾经在一个项目里，就是因为PCB走线阻抗不连续，导致中间电平塌陷，折腾了两天才找到原因。
2.3 信号速率与带宽：66.67Mbaud的秘密
咱们算一笔账：
- 数据率：100 Mbps
- 编码效率：3比特/2符号 = 1.5 比特/符号
- 符号率：100 Mbps / 1.5 = 66.67 Mbaud
那信号带宽呢？基带信号的主瓣带宽大约是符号率的一半，也就是33.33 MHz。加上滚降和滤波，实际占用带宽在40 MHz左右。
对比一下100BASE-TX：它用NRZ编码，符号率125 Mbaud，主瓣带宽62.5 MHz。T1的带宽只有TX的60%左右。这意味着什么？
- 线缆损耗更小
- EMI辐射更低
- 可以用更长的非屏蔽线束
我做过一个对比测试：同样长度的非屏蔽双绞线，100BASE-TX在15米处眼图就闭合了，而100BASE-T1能撑到40米以上。这就是带宽降低带来的红利。
注意：虽然带宽低了，但PAM3对线性度的要求比NRZ高。因为3个电平需要精确的电压阈值判断。如果驱动器的线性度不好，或者接收端的ADC分辨率不够，误码率会急剧上升。选型时，务必关注PHY芯片的TX线性度和RX灵敏度指标。
2.4 全双工通信机制：一对线如何同时收发？
这是100BASE-T1最巧妙的地方。一对线，既要发又要收，怎么做到的？
答案是：混合电路 + 回波抵消。
原理其实不复杂。每个节点都有一个混合线圈（Hybrid），它把发送信号和接收信号耦合到同一对线上。同时，本地知道自己在发什么，所以可以从总信号中减去自己的发送信号，剩下的就是对方的信号。
这个过程叫回波抵消（Echo Cancellation）。
你看，节点A发送的信号经过混合电路上到线缆，同时被自己的回波抵消模块采样。节点B发来的信号也经过同一根线缆，到达节点A的混合电路。混合电路输出的信号里，既有A自己发的，也有B发的。回波抵消模块利用已知的本地发送信号，把属于自己的那一份减掉，剩下的就是B的信号。
这个过程是实时的、自适应的。回波抵消器会不断调整滤波器系数，以适应线缆特性变化。比如温度变化导致线缆阻抗漂移，抵消器会自动跟踪。
关键点：全双工通信的成败，取决于回波抵消的精度。如果抵消不干净，本地信号会泄漏到接收路径，形成自干扰。轻则降低信噪比，重则完全无法通信。
我记得第一次调试回波抵消时，用示波器看混合电路输出端，波形乱七八糟，根本分不清哪个是本地信号哪个是远端信号。后来把回波抵消使能后，波形瞬间干净了。那种感觉，就像从嘈杂的菜市场走进了隔音室。
2.5 本章小结
100BASE-T1的物理层核心就三件事：
- PAM3编码：用3个电平、66.67Mbaud的符号率，实现了100Mbps的数据率。比NRZ省带宽，比PAM4简单可靠。
- 信号带宽：实际占用约40MHz，远低于100BASE-TX的62.5MHz。这让它能在非屏蔽双绞线上跑得更远、更稳。
- 全双工通信：靠混合电路和回波抵消，在一对线上同时收发。这是车载以太网能省线束、减重量的根本原因。