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車載以太網(wǎng)一致性測(cè)試方案
  • 發(fā)布日期:2024-08-05      瀏覽次數(shù):239
    • 車載以太網(wǎng)一致性測(cè)試解決方案


             近年來(lái),主要受信息娛樂(lè)系統(tǒng),先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS),動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和車身電子設(shè)備的推動(dòng),汽車的電氣系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。每次性能的提高都需要更快的數(shù)據(jù)傳輸速率,由于當(dāng)今車輛中的各種電子控制單元(ECU)之間需要共享大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),車載以太網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

             與同為汽車總線的CAN/LIN低速背板不同,車載以太網(wǎng)需要進(jìn)行一致性測(cè)試,根據(jù)IEEE和OPEN 聯(lián)盟的規(guī)定,車載以太網(wǎng)的物理層(PHY)根據(jù)速率被分為了百兆車載以太網(wǎng)(100BASE-T1)和千兆車載以太網(wǎng)(1000BASE-T1)。

      一、難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

             不論是100BASE-T1還是1000BASE-T1的測(cè)試,都涉及到多臺(tái)設(shè)備協(xié)同工作,這對(duì)于產(chǎn)品的相互控制進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)的配置和數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都有了更高的要求,對(duì)于公司的產(chǎn)品豐富度也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

             對(duì)于自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用,能夠穩(wěn)定地自動(dòng)捕獲信號(hào)是一大挑戰(zhàn),工程師花費(fèi)了數(shù)千小時(shí)來(lái)學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)并且創(chuàng)建了自動(dòng)化、重復(fù)性強(qiáng)的一致性測(cè)試。這些一致性測(cè)試軟件可以根據(jù)IEEE/OPEN Alliance規(guī)范自動(dòng)執(zhí)行物理層測(cè)試。

           車載以太網(wǎng)一致性測(cè)試常見(jiàn)測(cè)試項(xiàng)有:

      1、基本的一致性測(cè)試

      2、失真測(cè)試

      3、回波損耗測(cè)試


      二、一致性測(cè)試的必要性

      (一)新串行總線數(shù)據(jù)速率的更高要求

                隨著數(shù)據(jù)速率的提高,數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線之間愈發(fā)嚴(yán)重的偏移越來(lái)越難以在并行總線中解決,工程師們給出的解決方案是使用快速串行通道。

                較新的串行總線結(jié)構(gòu)正在迅速取代高速數(shù)字系統(tǒng)的并行總線結(jié)構(gòu),這些協(xié)議配有嵌入式時(shí)鐘,可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單路由以及每個(gè)引腳更高帶寬的目標(biāo)。

                然而,這些串行互連也遇到了一些自身的問(wèn)題,為了保持與較早的并行總線相同的總帶寬,新串行總線需要增加其數(shù)據(jù)速率。

      (二)物理層元器件的影響不可忽視

               隨著串行互連的數(shù)據(jù)速率增加,從 0 邏輯電平到 1 邏輯電平的數(shù)據(jù)瞬變上升時(shí)間變短。這種較短的上升沿在傳輸線的阻抗不連續(xù)處會(huì)造成很大的反射,從而使遠(yuǎn)端的眼圖效果變差。因此,在設(shè)計(jì)電路時(shí)不能再忽略物理層元器件如印刷電路板走線、連接器、電纜和集成電路封裝帶來(lái)的影響。

              實(shí)際上,在很多情況下,芯片的速度已經(jīng)快到使得物理層器件成為瓶頸。為了在整個(gè)通道中保持信號(hào)完整性,各種串行總線中大量使用了擁有良好的共模抑制比的差分電路。但與此同時(shí),差分傳輸線加上高速數(shù)據(jù)的微波效應(yīng)讓工程師對(duì)新的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工具提出了需求。

              我們迫切地需要一個(gè)測(cè)試測(cè)量解決方案,以便對(duì)高速數(shù)字互連中看到的復(fù)雜微波特性進(jìn)行簡(jiǎn)單的表征,一致性驗(yàn)證應(yīng)運(yùn)而生。

      (三)車載以太網(wǎng)中更為嚴(yán)格的傳輸要求

               與傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)相比,車載以太網(wǎng)僅需要使用1對(duì)雙絞線,而工業(yè)以太網(wǎng)則需要多對(duì),線束較多。同時(shí),工業(yè)以太網(wǎng)一般使用RJ45連接器連接,而車載以太網(wǎng)并未選定特定的連接器,連接方式更為靈活小巧,能夠大大減輕線束重量。

               除此以外,車載以太網(wǎng)物理層需滿足車載環(huán)境下更為嚴(yán)格的EMC要求,對(duì)于非屏蔽雙絞線的傳輸距離需達(dá)到15m(屏蔽雙絞線達(dá)40m)。面對(duì)如此嚴(yán)格的傳輸要求,業(yè)界統(tǒng)一了接口標(biāo)準(zhǔn),也就是車載以太網(wǎng)物理層一致性驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)。

               以太網(wǎng)控制器和物理介質(zhì)連接的模塊叫做物理層,在出廠之前,制造商必須驗(yàn)證以太網(wǎng)接口的一致性,確保接口的正確的電氣性能。

      (四)不滿足規(guī)范要求的產(chǎn)品可能會(huì)導(dǎo)致車載以太網(wǎng)信號(hào)質(zhì)量惡化、通信異常,或?qū)е聡?yán)重EMC問(wèn)題。

                對(duì)于芯片供應(yīng)商,滿足IEEE/OPEN聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)要求是其產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的準(zhǔn)入門檻;對(duì)于OEM廠商的ECU產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期漫長(zhǎng),符合規(guī)范的PHY芯片可以有效加快產(chǎn)品投放速度,芯片再集成到ECU后,也需要進(jìn)行一致性測(cè);對(duì)于整車廠商,為了保證整車的電子性能,同樣對(duì)ECU產(chǎn)品中車載以太網(wǎng)單元有嚴(yán)格的一致性測(cè)試驗(yàn)證需求。


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      三、車載以太網(wǎng)物理層驗(yàn)證概述

             下面我們提供的車載以太網(wǎng)電氣一致性分析解決方案可以自動(dòng)化進(jìn)行電氣測(cè)試,從而節(jié)省寶貴的測(cè)試時(shí)間。

              如何正確搭建測(cè)試環(huán)境、被測(cè)件(DUT:Device under test)應(yīng)該發(fā)出怎樣的測(cè)試碼型、怎么通過(guò)與測(cè)試指標(biāo)中給出的極限值進(jìn)行對(duì)比來(lái)分析測(cè)量結(jié)果……這些都是需要解決的問(wèn)題。

      (重點(diǎn))車載以太網(wǎng)電氣一致性分析方案,包括:

      1、用戶可以執(zhí)行單項(xiàng)或多項(xiàng)測(cè)試;

      2、展示如何將示波器和被測(cè)設(shè)備連接;

      3、為每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目自動(dòng)設(shè)置示波器

      4、顯示已執(zhí)行測(cè)試的每個(gè)項(xiàng)目的詳細(xì)信息和通過(guò)標(biāo)準(zhǔn);

      5、可創(chuàng)建 HTML 或 XML 測(cè)試報(bào)告。

      示波器

            示波器是一致性測(cè)試中使用到的主要的工具。   

            其中失真、MDI回波損耗、MDI模式轉(zhuǎn)換和功率譜密度(PSD)測(cè)試還需要使用一些額外的儀器。在失真測(cè)試中需要用到信號(hào)發(fā)生器,在回波損耗和模態(tài)轉(zhuǎn)換中需要用到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,在功率譜密度測(cè)試中,為了提高測(cè)量的精度,可以選擇使用頻譜分析儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

             一致性測(cè)試的測(cè)試項(xiàng)目繁多,工程師往往不明白為什么要測(cè)試某些項(xiàng)目,更搞不明白這些項(xiàng)目差了一點(diǎn)會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生什么影響。

             比如傳輸衰落(droop),要求500ns內(nèi)的電壓衰落在45%以內(nèi),但如果測(cè)試的結(jié)果是傳輸衰落為46%,怎么辦?

             由于一致性測(cè)試要求的測(cè)試項(xiàng)目很多,在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)調(diào)試階段,往往會(huì)更關(guān)注一些關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)目,如數(shù)據(jù)率、抖動(dòng)測(cè)量,SDS7000A系列示波器支持進(jìn)行單項(xiàng)測(cè)試并生成測(cè)試報(bào)告。

      (重點(diǎn))車載以太網(wǎng)一致性測(cè)試軟件支持以下測(cè)試:

      1、幅度測(cè)試:

           傳輸衰落測(cè)試測(cè)量了500ns內(nèi)的電壓峰值衰落,反映了電壓驅(qū)動(dòng)能力。支持頻率和抖動(dòng)測(cè)試,通過(guò)使被測(cè)件重復(fù)傳輸{+1,- 1}數(shù)據(jù)符號(hào)序列,來(lái)測(cè)試PHY發(fā)送時(shí)鐘頻率,并從中計(jì)算出MDI上信號(hào)的時(shí)間間隔誤差。

      2、傳輸失真測(cè)試:

            使用鼎陽(yáng)科技的SDG系列任意波形發(fā)生器來(lái)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)并將其添加到DUT發(fā)送的信號(hào)中。引入干擾信號(hào)后通過(guò)示波器對(duì)差分輸出信號(hào)用任意相位進(jìn)行采樣,并使用標(biāo)準(zhǔn)參考中提供的MATLAB代碼處理任意2047個(gè)連續(xù)采樣的點(diǎn)來(lái)確定傳輸失真。該項(xiàng)測(cè)試反映了差分信號(hào)的抗干擾能力。

      3、回波損耗測(cè)試:

            該項(xiàng)測(cè)試需要用到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,鼎陽(yáng)的一致性測(cè)試軟件支持示波器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。此測(cè)試項(xiàng)主要是驗(yàn)證在MDI接口處因阻抗不連續(xù)造成的信號(hào)反射是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求,所以測(cè)試夾具和被測(cè)樣件之間的“鏈路"的品質(zhì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響很大。


      四、一致性測(cè)試的共性問(wèn)題

      (一)如何將信號(hào)引入示波器

               對(duì)于絕大部分一致性測(cè)試方案,都需要使用夾具和測(cè)試線纜、探頭將信號(hào)從DUT引到示波器中。對(duì)于有些串行數(shù)據(jù),在測(cè)試不同項(xiàng)目時(shí)需要改變夾具的連接方式,有時(shí) 還需要用到多塊夾具共同作用。測(cè)試夾具能夠根據(jù)規(guī)范要求布置電路和阻抗匹配,為DUT提供合適的連接接口,同時(shí)也為示波器探頭提供合適的探測(cè)點(diǎn)。

              事實(shí)上,在不進(jìn)行一致性測(cè)試,譬如調(diào)試信號(hào)時(shí),也可以使用夾具來(lái)將信號(hào)引到示波器。不論是哪種一致性測(cè)試,都會(huì)有一部分來(lái)測(cè)量差分對(duì)的電氣特性,負(fù)責(zé)這一部分的夾具就是將難以用示波器探頭測(cè)量的線纜引導(dǎo)了夾具的測(cè)試線纜和探頭接口中,可以通過(guò)這種方式來(lái)測(cè)量線纜中差分對(duì)的信號(hào)。

      (二)被測(cè)設(shè)備發(fā)包

                一致性測(cè)試的難點(diǎn)之一是發(fā)包問(wèn)題。一致性測(cè)試是一種強(qiáng)制性測(cè)試,必須要發(fā)出規(guī)定的波形去測(cè)試才能得到標(biāo)準(zhǔn)中的結(jié)果,如果每個(gè)人都按照自己的工作信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)試,那就找不到“一致性"的標(biāo)準(zhǔn)了。

               對(duì)于各類主流的網(wǎng)卡芯片,可以通過(guò)修改相關(guān)寄存器或使用芯片廠商提供的發(fā)包工具來(lái)控制發(fā)包,從而控制被測(cè)件發(fā)出對(duì)應(yīng)的波形進(jìn)行測(cè)試,所以幾乎每種被測(cè)件都有自己特別的發(fā)包方式。


      五、配置指南

            SDS7000A-CT-100BASE-T1/ SDS7000A-CT-1000BASE-T1目前僅支持SDS7000A系列示波器,根據(jù)不同的測(cè)試需求需要使用額外的硬件。

            下表列出了規(guī)范的要求,同時(shí)列出了鼎陽(yáng)科技為該類測(cè)試提供的相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器。


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      符合100BASE-T1標(biāo)準(zhǔn)的配置訂單實(shí)例

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      符合1000BASE-T1標(biāo)準(zhǔn)的配置訂單實(shí)例


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