【汽車以太網(wǎng)測試】系列之一：全雙工通信帶來測試挑戰(zhàn)，泰克信號分割法讓你獨具慧眼

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?？蛻粜枰谙到y(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。

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。

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。

定向耦合器方法。

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。

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。

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。

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。

如需進一步了解怎樣使用PAM3分析工具及泰克測試解決方案分隔信號，進行汽車以太網(wǎng)信號完整性分析，敬請訪問：www.tek.com/automotive/automotive-ethernet。

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