作者丨鼎陽科技 張賀陽

引言

近年來，主要受信息娛樂系統(tǒng)，先進的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS），動力傳動系統(tǒng)和車身電子設(shè)備的推動，汽車的電氣系統(tǒng)越來越復(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時數(shù)據(jù)，車載以太網(wǎng)應(yīng)運而生。

與同為汽車總線的CAN/LIN低速背板不同，車載以太網(wǎng)需要進行一致性測試，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)。

1、難點與挑戰(zhàn)

不論是100base-T1還是1000base-T1的測試，都涉及到多臺設(shè)備協(xié)同工作，這對于產(chǎn)品的相互控制進行測試項的配置和數(shù)據(jù)的讀寫都有了更高的要求，對于公司的產(chǎn)品豐富度也是一個挑戰(zhàn)。

對于自動化測試應(yīng)用，能夠穩(wěn)定地自動捕獲信號是一大挑戰(zhàn)，工程師花費了數(shù)千小時來學(xué)習(xí)標準并且創(chuàng)建了自動化、重復(fù)性強的一致性測試。這些一致性測試軟件可以根據(jù)IEEE/OPEN Alliance規(guī)范自動執(zhí)行物理層測試。

車載以太網(wǎng)一致性測試常見測試項有：

l  基本的一致性測試

l  失真測試

l  回波損耗測試

2、一致性測試的必要性

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)和時鐘線之間愈發(fā)嚴重的偏移越來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)議配有嵌入式時鐘，可以實現(xiàn)簡單路由以及每個引腳更高帶寬的目標。

然而，這些串行互連也遇到了一些自身的問題，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。

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)瞬變上升時間變短。這種較短的上升沿在傳輸線的阻抗不連續(xù)處會造成很大的反射，從而使遠端的眼圖效果變差。因此，在設(shè)計電路時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的影響。

實際上，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。為了在整個通道中保持信號完整性，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，差分傳輸線加上高速數(shù)據(jù)的微波效應(yīng)讓工程師對新的設(shè)計和驗證工具提出了需求。

我們迫切地需要一個測試測量解決方案，以便對高速數(shù)字互連中看到的復(fù)雜微波特性進行簡單的表征，一致性驗證應(yīng)運而生。

車載以太網(wǎng)中更為嚴格的傳輸要求

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對雙絞線，而工業(yè)以太網(wǎng)則需要多對，線束較多。同時，工業(yè)以太網(wǎng)一般使用RJ45連接器連接，而車載以太網(wǎng)并未指定特定的連接器，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)境下更為嚴格的EMC要求，對于非屏蔽雙絞線的傳輸距離需達到15m（屏蔽雙絞線達40m）。面對如此嚴格的傳輸要求，業(yè)界統(tǒng)一了接口標準，也就是車載以太網(wǎng)物理層一致性驗證的標準。

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，制造商必須驗證以太網(wǎng)接口的一致性，確保接口的正確的電氣性能。

不滿足規(guī)范要求的產(chǎn)品可能會導(dǎo)致車載以太網(wǎng)信號質(zhì)量惡化、通信異常，或?qū)е聡乐谽MC問題。

對于芯片供應(yīng)商，滿足IEEE/OPEN聯(lián)盟標準要求是其產(chǎn)品進入市場的準入門檻；對于OEM廠商的ECU產(chǎn)品開發(fā)周期漫長，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，也需要進行一致性測；對于整車廠商，為了保證整車的電子性能，同樣對ECU產(chǎn)品中車載以太網(wǎng)單元有嚴格的一致性測試驗證需求。

3、車載以太網(wǎng)物理層驗證概述

鼎陽科技提供的車載以太網(wǎng)電氣一致性分析解決方案可以自動化進行電氣測試，從而節(jié)省寶貴的測試時間。

如何正確搭建測試環(huán)境、被測件（DUT：Device under test）應(yīng)該發(fā)出怎樣的測試碼型、怎么通過與測試指標中給出的極限值進行對比來分析測量結(jié)果……這些都是需要解決的問題。

鼎陽科技推出的車載以太網(wǎng)電氣一致性分析方案，包括：

-  用戶可以執(zhí)行單項或多項測試：

-  展示如何將示波器和被測設(shè)備連接；

-  為每個測試項目自動設(shè)置示波器；

-  顯示已執(zhí)行測試的每個項目的詳細信息和通過標準；

-  可創(chuàng)建 HTML 或 XML 測試報告。

示波器是一致性測試中使用到的最主要的工具。

其中失真、MDI回波損耗、MDI模式轉(zhuǎn)換和功率譜密度（PSD）測試還需要使用一些額外的儀器。在失真測試中需要用到信號發(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，在功率譜密度測試中，為了提高測量的精度，可以選擇使用頻譜分析儀來進行測試。

一致性測試的測試項目繁多，工程師往往不明白為什么要測試某些項目，更搞不明白這些項目差了一點會對產(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)，但如果測試的結(jié)果是傳輸衰落為46%，怎么辦？

由于一致性測試要求的測試項目很多，在產(chǎn)品的開發(fā)調(diào)試階段，往往會更關(guān)注一些關(guān)鍵測試項目，如數(shù)據(jù)率、抖動測量，SDS7000A系列示波器支持進行單項測試并生成測試報告。

車載以太網(wǎng)一致性測試軟件支持以下測試：

幅度測試：

傳輸衰落測試測量了500ns內(nèi)的電壓峰值衰落，反映了電壓驅(qū)動能力。支持頻率和抖動測試，通過使被測件重復(fù)傳輸{+1，- 1}數(shù)據(jù)符號序列，來測試PHY發(fā)送時鐘頻率，并從中計算出MDI上信號的時間間隔誤差。

傳輸失真測試：

使用鼎陽科技的SDG系列任意波形發(fā)生器來對干擾信號進行校準并將其添加到DUT發(fā)送的信號中。引入干擾信號后通過示波器對差分輸出信號用任意相位進行采樣，并使用標準參考中提供的MATLAB代碼處理任意2047個連續(xù)采樣的點來確定傳輸失真。該項測試反映了差分信號的抗干擾能力。

回波損耗測試：

該項測試需要用到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，鼎陽的一致性測試軟件支持示波器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行自動化測試。此測試項主要是驗證在MDI接口處因阻抗不連續(xù)造成的信號反射是否符合標準要求，所以測試夾具和被測樣件之間的“鏈路”的品質(zhì)對測試結(jié)果的影響很大。

4、操作步驟

第一步：選擇要進行的測試項。

可以選擇同一協(xié)議測試中的全部測試項，也可以指定單個測試項目。也可以將測試和配置保存為配置文件以便之后重新調(diào)用，這樣有助于提升測試速度，也有助于驗證之前的測試結(jié)果。

如需選擇測試標準和測量類型，可以通過配置中的按鈕進行選擇。

第二步：配置被測物進入相應(yīng)的測試模式，發(fā)送特定的信號。

不同測試項對應(yīng)的測試模式如下表所示：

100base-T1測試模式對應(yīng)表

1000base-T1測試模式對應(yīng)表

第三步，根據(jù)接線圖搭建測試環(huán)境。

一致性測試支持使用差分探頭和SMA進行測試并且搭配有不同的連接方式指引，可以滿足更豐富的測試環(huán)境。連接圖中包括了DUT、線纜以及在不同測試項中使用到的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等儀器。

當(dāng)同時進行多項測試需要更改連線時，連接方式會以彈窗的形式彈出提示更改連線和測試模式并顯示相關(guān)的連接圖。

第四步，查看結(jié)果并生成報告。

在完成測量和計算后，示波器將會將計算結(jié)果呈現(xiàn)出來，不僅顯示被測件在特定的測試中是否合格（pass/fail），還給出了該產(chǎn)品超出或者距離合格標準的余量。

可以將測試報告以HTML或者XML的格式導(dǎo)出，報告中會記錄每項測試的細節(jié)，包括峰峰值、標準差、統(tǒng)計次數(shù)和平均值。

5、一致性測試的共性問題

如何將信號引入示波器

對于絕大部分一致性測試方案，都需要使用夾具和測試線纜、探頭將信號從DUT引到示波器中。對于有些串行數(shù)據(jù)，在測試不同項目時需要改變夾具的連接方式，有時還需要用到多塊夾具共同作用。測試夾具能夠根據(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，同時也為示波器探頭提供合適的探測點。

事實上，在不進行一致性測試，譬如調(diào)試信號時，也可以使用夾具來將信號引到示波器。不論是哪種一致性測試，都會有一部分來測量差分對的電氣特性，負責(zé)這一部分的夾具就是將難以用示波器探頭測量的線纜引導(dǎo)了夾具的測試線纜和探頭接口中，可以通過這種方式來測量線纜中差分對的信號。

被測設(shè)備發(fā)包

一致性測試的難點之一是發(fā)包問題。一致性測試是一種強制性測試，必須要發(fā)出規(guī)定的波形去測試才能得到標準中的結(jié)果，如果每個人都按照自己的工作信號來進行測試，那就找不到“一致性”的標準了。

對于各類主流的網(wǎng)卡芯片，可以通過修改相關(guān)寄存器或使用芯片廠商提供的發(fā)包工具來控制發(fā)包，從而控制被測件發(fā)出對應(yīng)的波形進行測試，所以幾乎每種被測件都有自己獨特的發(fā)包方式。

配置指南

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

下表列出了規(guī)范的最低要求，同時列出了鼎陽科技為該類測試提供的相應(yīng)的測試測量儀器。

完全符合100base-T1標準的最低配置訂單實例

完全符合1000base-T1標準的最低配置訂單實例

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SIGLENT

深圳市鼎陽科技股份有限公司（簡稱“鼎陽科技”，股票代碼：688112）是國家重點“小巨人”企業(yè)，是全球極少數(shù)具有數(shù)字示波器、信號發(fā)生器、頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀四大通用電子測試測量儀器主力產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售能力的通用電子測試測量儀器企業(yè)，同時也是國內(nèi)極少數(shù)同時擁有這四大主力產(chǎn)品并且四大主力產(chǎn)品全線進入高端領(lǐng)域的企業(yè)。公司總部位于深圳，在美國克利夫蘭、德國奧格斯堡和日本東京成立了子公司，在成都成立了分公司，在北京、上海、西安、武漢、南京設(shè)立了辦事處，產(chǎn)品及服務(wù)遠銷全球80多個國家及地區(qū)。

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