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[導讀]泰克科技

隨著汽車行業(yè)加快轉向汽車以太網(wǎng)技術,全方位設計驗證對保證多個ECU之間的互操作能力和可靠運行至關重要。汽車以太網(wǎng)概念是由OPEN聯(lián)盟SIG提出來的,也叫IEEE 802.3bw (原BroadR-Reach),是為汽車聯(lián)網(wǎng)應用設計的一種以太網(wǎng)物理層標準,如高級安全功能、舒適和信息娛樂功能。通過汽車以太網(wǎng),多個車載系統(tǒng)可以經(jīng)過一條非屏蔽單絞線電纜同時訪問信息。對汽車制造商來說,這一技術降低了聯(lián)網(wǎng)成本和線纜重量,同時提高了信號帶寬。

為實現(xiàn)更高的信號帶寬,汽車以太網(wǎng)在雙絞線電纜上采用全雙工通信鏈路,支持同時收發(fā)功能及PAM3信令。采用PAM3實現(xiàn)全雙工通信,可能會令查看汽車以太網(wǎng)業(yè)務及信號完整性測試變得非常復雜。

OPEN聯(lián)盟為元器件、信道和互操作能力制訂了汽車以太網(wǎng)測試規(guī)范。測試系統(tǒng)整合了電子控制單元(ECU)、連接器和非雙絞線電纜。測試要求系統(tǒng)在車內苛刻的環(huán)境條件和噪聲條件下工作。為此,用戶必需能夠在系統(tǒng)級表征和查看信號完整性和業(yè)務,才能執(zhí)行可靠性測試。客戶需要在系統(tǒng)級進行信號完整性測試的應用實例有:

? TC8信號質量測試

? ECU元器件表征和測試

? 汽車以太網(wǎng)電纜、連接器、電纜長度和路由表征和測試

? 電磁噪聲或高斯噪聲測試

? 大電流注入測試

? 生產單元測試

? 汽車系統(tǒng)對汽車以太網(wǎng)性能的影響

- DC馬達開/關

- 發(fā)動機開/關

? 汽車以太網(wǎng)系統(tǒng)調試

泰克建議在設計階段執(zhí)行信號完整性測試,在系統(tǒng)整合前確定潛在的問題。

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圖1:汽車以太網(wǎng)全雙工通信鏈條

全雙工通信和測試挑戰(zhàn)

全雙工通信及PAM3信令為在真實世界條件下驗證ECU增加了復雜度。大多數(shù)串行標準都在單工模式下工作,一次只有一臺設備通信,有些通信標準對發(fā)送和接收使用一條單獨的鏈路,而在汽車以太網(wǎng)中,主設備和從設備可以通過同一條鏈路同時通信。(參見圖1)

因此,來自主設備的信號與來自從設備的信號相互疊加。主設備知道它發(fā)送的是哪些數(shù)據(jù),它可以從疊加的信號中確定從設備的信號,反之亦然。盡管收發(fā)機是為處理這種情況而設計的,但在示波器上隔離信號,進行信號完整性測試或協(xié)議解碼幾乎是不可能的。

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主信號與從信號沒有分開時看到的汽車以太網(wǎng)信號

為了在鏈路上進行信號完整性分析,使用示波器在實際系統(tǒng)環(huán)境中進行協(xié)議解碼,汽車設計人員必需分開查看每條鏈路,用戶必須先把信號分開,然后再進行分析。

應該指出的是,最好在汽車整合階段執(zhí)行信號完整性測試,選擇電纜、檢查ECU在電磁噪聲條件下的性能,確定最優(yōu)的電纜長度和路由等。對這類分析,可以把眼圖測試作為非常重要的工具,來查看系統(tǒng)健康狀況,我們在后面將對此展開討論。

分隔汽車以太網(wǎng)PAM3信號

目前,有兩種方法把主信號與從信號分開。第一種是傳統(tǒng)方法,要求用戶斷開或剪斷汽車以太網(wǎng)電纜,插入定向耦合器來分隔和測試信號。這種方法在以最小干擾實現(xiàn)準確測試方面本身存在著缺陷。第二種方法也就是泰克信號分隔方法,這是一種新方法,采用先進的軟件和探頭,非插入式分隔信號,用戶可以更清楚地查看真實的信號。這種方法克服了傳統(tǒng)定向耦合器方法的缺點。下面我們將討論并比較這兩種方法。

定向耦合方法

如前所述,定向耦合器方法要求斷開汽車以太網(wǎng)電纜,輸入定向耦合器分隔信號。在系統(tǒng)級剪斷電纜并不是一件易事,因此這種方法并不適合進行系統(tǒng)級測試。

通過這種方法,用戶可以查看主信號和從信號,但它引入了插損和回損,很難確定錯誤是系統(tǒng)引起的,還是新增硬件引起的。此外,盡管我們可能能夠消除定向耦合器的影響,但反嵌可能會放大系統(tǒng)中的噪聲,影響測量和表征精度。

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定向耦合器方法

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主信號的眼圖顯示了定向耦合器插損和回損的影響

我們使用的設置包括把汽車以太網(wǎng)轉換到SMA連接器的夾具、定向耦合器、把SMA轉換到汽車以太網(wǎng)電纜的夾具。

眼圖顯示了在安裝定向耦合器后插損和回損對汽車以太網(wǎng)信號的影響。最大幅度是100 mVpp,因為定向耦合器采用定向原理工作,插損和回損結果使眼圖閉合。直到最近,定向耦合器方法一直是默認的汽車以太網(wǎng)測試方法,因為之前一直沒有泰克基于軟件的信號分隔測試方法。

泰克信號分隔方法

泰克信號分隔方法于2019年7月問世,它同時從主測試點和從測試點查看電壓波形和電流波形,來分隔全雙工信號,并采用專有軟件算法提供分隔后的信號。泰克信號分隔方法是一種基于軟件的解決方案,它不用剪斷汽車以太網(wǎng)電纜,用戶就能看到真實信號。這種方法的優(yōu)勢之一,是它可以顯示主信號和從信號,而不會像定向耦合器方法那樣增加插損和回損及反嵌影響。

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泰克信號分隔方法

下面的眼圖采用泰克信號分隔軟件。與定向耦合器眼圖相比,信號質量更高,眼圖“更清楚”。用戶可以準確地表示汽車以太網(wǎng)信號,實現(xiàn)信號質量測量,并能夠更快地確定潛在的性能問題。

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采用泰克信號分隔軟件的主信號的眼圖

信號分隔方法與定向耦合方法比較

我們使用上面提到的兩種測試方法,進行測量測試,對比測試結果。

在測試中,我們先使用泰克信號分隔技術、一只電流探頭和電壓探頭設置和運行測試。對定向耦合器方法,我們剪斷汽車以太網(wǎng)電纜,插入帶有SMA連接器的定向耦合器。然后我們運行測試,測試條件與定向耦合器方法相同,然后調用信號分隔方法波形,對比這兩種測試方法。

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泰克信號分隔方法和定向耦合方法的測試結果對比

比較結果顯示,這兩種方法的幅度存在著明顯差異,說明了定向耦合器的影響。在采用定向耦合器方法時,主信號的幅度約為90 mVpp (峰峰值電壓),從信號的幅度約為85 mVpp。相比之下,信號分隔方法中主信號的幅度約為1.5 Vpp,從信號的幅度約為1.45 Vpp。在本例中,定向耦合器增加了20 dB損耗。

為消除定向耦合器引入的斷點,反嵌必不可少,以補償插損和回損。如前所述,盡管有可能能夠消除定向耦合器的影響,但反嵌可能會放大系統(tǒng)中的噪聲,影響測量和表征精度。還應該指出,反嵌可能會耗用很長時間,極具挑戰(zhàn)性。此外,對汽車的系統(tǒng)級測試和維護保養(yǎng)來說,剪斷電纜、安裝定向耦合器可能會極具挑戰(zhàn)性。

相比之下,信號分隔方法不用干擾系統(tǒng)就能顯示真實信號。通過這種全新的汽車以太網(wǎng)測試方法,用戶可以表征信號,精度更高,時間更少,而且不會增加費用和測量挑戰(zhàn)。用戶可以使用這種方法,在系統(tǒng)級執(zhí)行信號完整性測試,執(zhí)行應用環(huán)境中提供的所有測試。

小結

本文介紹了汽車以太網(wǎng)、全雙工通信、隔離主信號與從信號的需求、信號分隔測試方法,以及當前定向耦合器插入方法與泰克新型信號隔離方法比較。

通過比較兩種汽車以太網(wǎng)測試方法,可以了解泰克信號分隔解決方案的優(yōu)勢,如比定向耦合器信號方法更準確地查看真實信號,簡化了元器件級和系統(tǒng)級測試設置,縮短了測試時間,滿足了汽車整個生命周期的測試需要。

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