2. 物理层基础：单对双绞线（UTP）的电气特性、传输距离与编码方式
做车载以太网，第一关就是物理层。100BASE-T1只用一对双绞线，你想想看，两根铜线要搞定100Mbps全双工。这事听起来有点反直觉，但实际已经有大批量产车型在跑了。
我刚开始接触这个标准时，也觉得不可思议。传统以太网至少需要两对线，怎么一对就够？后来才明白，关键在于它的电气特性和编码方案是怎么搭配的。今天我们就把它拆开看看。
2.1 单对双绞线的电气特性
100BASE-T1用的是单对非屏蔽双绞线（UTP）。跟STP（屏蔽线）比，它更便宜、更轻，也更适合汽车线束的布线环境。但代价就是抗干扰能力得靠PHY芯片来补。
特性阻抗：100Ω
这是最核心的参数。整个链路——从PHY输出、经过PCB走线、连接器、线缆直到远端PHY——都必须匹配100Ω差分阻抗。一旦不匹配，信号反射就来了，眼图会塌。
我在一个项目中遇到过客户抱怨Ethernet丢包，查了半天发现他们用了不符合100Ω的车用摄像头线束，阻抗只有85Ω。替换成合格线束后，问题立刻消失。嗯，这件事之后我在任何新车型的线束测试中必测TDR（时域反射计），不测不放过。
| 参数 | 100BASE-T1要求 | 典型值 |
|---|---|---|
| 差分特性阻抗 | 100Ω ± 10Ω（1-16 MHz） | 100Ω |
| 回波损耗（RL） | ≥ 16 dB @ 1-16 MHz | 20 dB 以上 |
| 插入损耗（IL） | ≤ 5.6 dB @ 16 MHz（100m） | ≤ 4.5 dB |
| 共模抑制比（CMRR） | ≥ 35 dB @ 1-10 MHz | 40 dB 以上 |
回波损耗（Return Loss）
说白了就是有多少信号被反射回来了。你想想看，发射端发出去1V信号，结果因为阻抗不匹配，回波有个0.1V，这0.1V再和后续信号叠加，造成符号间干扰。100BASE-T1对回波损耗的要求比传统以太网更高，因为只有一对线，不能同时用两对来隔离收发。
插入损耗（Insertion Loss）
线越长，损耗越大。100BASE-T1在66 MHz奈奎斯特频率下要求IL ≤ 5.6 dB（按最长100m算）。实际车用环境短得多，但别忘了还有接插件的额外损耗。我习惯留3 dB的裕量，否则高温老化后容易掉包。
我曾在某次EMC测试中翻过车——因为用了劣质连接器，高频处回波损耗从18 dB掉到10 dB，导致辐射超标。从那以后我学会了：连接器必须通过100BASE-T1专用认证，别拿普通USB或LVDS连接器凑合。
2.2 传输距离：100m的基线和车内的现实
标准定义100m是基线距离，但那是基于0.5mm² AWG20的线规和理想噪声环境。车内实际能跑多远？
- 车内主干线（如智驾域到中央网关）：15～30m 是常见范围，完全覆盖。
- 摄像头/雷达短链：一般小于5m，但线束弯折多，不能掉以轻心。
- 跨域长链（如两驱之间）：可能会超过40m，需要评估线径和PCB损耗。
为什么车内的实际传输距离反而没有挑战？因为100BASE-T1设计时本身就考虑了噪声裕量。但我还是要提醒一句：别忘了端接电阻！
我曾经帮一家Tier1排查链路不通的问题，发现他们在PHY端忘焊端接电阻（100Ω）。结果差分信号根本没形成回路。接上后眼图立刻张开。记住：每一对线两端必须各有一个100Ω电阻，并且越靠近PHY引脚越好。
2.3 编码方式：为什么是PAM3 + 4B/3B？
传统100BASE-TX用MLT-3（三电平）编码，但那是基于两对线。100BASE-T1只有一对线，既要发又要收，怎么办呢？答案是用PAM3（3级脉冲幅度调制），再加上4B/3B编码。
PAM3 三电平调制
电平定义：-1V、0V、+1V（共模电压不同，但差分三电平）。为什么要三个电平？因为用两个电平的话，250MHz的波特率会让EMC很难过。PAM3把波特率降到了约66.6 MHz，你想想看，频率低了，辐射就小了。
但PAM3本身不是DC平衡的，可能会出现连续的+1或-1，导致共模漂移。所以需要外加一个编码来保证DC平衡。
4B/3B 编码
把每4位数据（半字节）映射到3个三电平符号（Trit）。3个三电平符号共有3³ = 27种组合，而4位数据只有16种，所以多出的11种可以用作控制、帧定界或错误检测。
这个编码同时保证了：
- DC平衡：平均直流分量接近0。
- 最大连续相同符号数 ≤ 3，方便时钟恢复。
- 利用冗余检测部分传输错误。
举一个简化的例子（并非完整映射表，仅示意原理）：
数据 0x3 (0011) -> 三电平符号: +1, 0, -1 (3T)
数据 0x4 (0100) -> 三电平符号: 0, +1, -1
...
完整的4B/3B表在IEEE 802.3bw标准里，共16行映射。
我个人习惯在调试时先用示波器抓PAM3信号，看三个电平是否清晰。如果看到电平模糊或者眼图闭合，那就先检查编码锁相环（CDR）是否锁定——很多时候是参考时钟偏差过大。
100BASE-T1 物理层的关键组合：
单对UTP + PAM3 (3电平) + 4B/3B (DC平衡) + 66.6兆波特。
这四样东西合在一起，才让一对线跑100M全双工成为可能。
2.4 知识图谱：物理层各要素的关系
下面这张图帮你梳理本章的脉络：
2.5 其他关键编码细节
讲完PAM3和4B/3B，还有两个点值得注意。
扰码器（Scrambler）
为了避免发送连续重复的码型产生EMC尖峰，100BASE-T1在编码后加了一个扰码器。它用伪随机序列对符号流进行异或，把能量打散。你想想看，如果不加扰码，发送一串+1+1+1…，频谱就会在某个频点堆积，容易超标。
信号眼图的判断
我调试时最喜欢看PAM3眼图。三个电平应该清晰分开，每个眼高至少>200 mV（差分的峰峰值是1.2V左右）。如果眼图中间的0电平有抖动，多半是时钟抖动或者共模噪声耦合。我曾经被一个48V轻混系统的电机干扰害惨了，那共模噪声让PAM3的0电平完全消失，链路直接断连。最后加了一对共模扼流圈才解决。
单对双绞线的差分走线在PCB上必须做到等长、等宽、紧耦合。我见过一个案例，差分对间距拉到了2mm以上，结果共模辐射直接超标6 dB。记住：100Ω差分阻抗的微带线，线宽一般20 mil左右（按FR4），间距紧贴。