技術(shù)文章 | 汽車以太網(wǎng)物理層調(diào)試實(shí)用技巧
引 言 車載電子設(shè)備越來越多地使用車載以太網(wǎng)在互連設(shè)備和組件之間傳輸高速串行數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)傳輸速率相對較快，而且聯(lián)網(wǎng)設(shè)備復(fù)雜多變，因此經(jīng)常會出現(xiàn)信號完整性問題。 對車載以太網(wǎng)進(jìn)行全面的的測試是非常必要的，特勵達(dá)力科提供全面的車載網(wǎng)絡(luò)測試工具，覆蓋從合規(guī)性測試到調(diào)試分析的各個方面。覆蓋從10Base-T1S至MultiGBase-T1汽車以太網(wǎng)的合規(guī)性測試，并提供專用的信號分離夾具和均衡軟件來做汽車以太網(wǎng)的問題調(diào)試。 通過本文我們將深入介紹如何使用示波器識別和調(diào)試汽車以太網(wǎng)物理層信號完整性問題。以下是在Inspectron公司進(jìn)行的汽車以太網(wǎng)調(diào)試分析案例，該公司設(shè)計并制造內(nèi)窺鏡、嵌入式 Linux 系統(tǒng)和攝像檢測工具。
PART/1 汽車以太網(wǎng)物理層調(diào)試環(huán)境
汽車以太網(wǎng)信號是雙向的(通過一根雙絞線實(shí)現(xiàn)全雙工)，因此硬件收發(fā)器必須能夠通過從復(fù)合信號中減去自己的外發(fā)數(shù)據(jù)部分來辨別出輸入數(shù)據(jù)。如果直接探測汽車以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線就會獲得類似總線碰撞的雜亂疊加的信號，為了分離來自Master和Slave的各個信號，可以使用雙向耦合器。 圖1是用于調(diào)試汽車以太網(wǎng)的硬件配置，兩個被測汽車以太網(wǎng)設(shè)備(DUT)分別是 ROCAM 迷你高清顯示器和樹莓派(帶100Base-TX到100Base-T1 橋接器)， 樹莓派用于模擬以太網(wǎng)攝像頭。來自DUT的雙絞線連接到轉(zhuǎn)接板上，轉(zhuǎn)接板將單個100歐姆差分線對轉(zhuǎn)換為兩個50歐姆單端SMA連接器。每個DUT的一對SMA電纜都連接到校準(zhǔn)過的有源夾具上(TF-AUTO-ENET)。該夾具可以保持不間斷的通信鏈路，而兩個經(jīng)過校準(zhǔn)且具備軟件增強(qiáng)功能的硬件定向耦合器則將每個方向的流量分離為單獨(dú)的數(shù)據(jù)流，從而將來自每個方向的汽車以太網(wǎng)流量隔離開來，以便在示波器上進(jìn)行分析。 圖1 圖1(a)用于調(diào)試汽車以太網(wǎng)的硬件配置包括兩個DUT、將汽車以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換為SMA的無源夾具，以及校準(zhǔn)過的帶雙向耦合器的有源夾具，以隔離每個方向的流量。示波器將分析上行和下行數(shù)據(jù) (b)測試連接圖
PART/2 確定信號丟失的位置
ROCAM 迷你高清顯示器和樹莓派之間出現(xiàn)了間歇性信號丟失，捕捉間歇性數(shù)據(jù)傳輸中斷的一種方法是硬件漏失觸發(fā)Dropout。在圖2中，如果在200ns內(nèi)沒有信號邊沿越過閾值電壓，就會觸發(fā)示波器。以200ns/div縮放的兩條放大波形顯示了觸發(fā)點(diǎn)在前一個汽車以太網(wǎng)邊沿右側(cè)的一個分格處。在重新開始數(shù)據(jù)傳輸之前，信號丟失了大約 800 納秒。需要注意的是，由于汽車以太網(wǎng) 100Base-T1是三幅度電平(+1、0、-1)的 PAM3信號，因此包含超過 192,000 比特的眼圖仍然顯示出良好的信號完整性(數(shù)據(jù)丟失與"0"符號混疊在一起)，但信號丟失觸發(fā)位置的放大波形可以顯示出信號丟失的位置。 圖2 圖2眼圖顯示的是干凈的汽車以太網(wǎng) 100Base-T1信號，而Dropout漏失觸發(fā)器可識別和定位信號丟失事件。
PART/3 分析串行信號的異常幅度調(diào)制
異常幅度調(diào)制或基線漂移問題通常可以通過在高閾值(略高于邏輯 +1電平)上觸發(fā)來捕捉(對于來自分離差分信號的同相輸入)。汽車以太網(wǎng)信號出現(xiàn)間歇性異常幅度調(diào)制問題，如圖3所示，是將邊沿觸發(fā)設(shè)置在略高于預(yù)期最高電壓電平處捕獲到的一個實(shí)例。從符號中心的眼圖截取的垂直切片的紅色直方圖有三個峰值，顯示三個電壓電平中最低和最高電平的統(tǒng)計分布不對稱，這是由于信號的間歇性異常幅度調(diào)制造成的。波形下方的眼圖測量參數(shù)表也顯示出上下眼圖的眼圖寬度不對稱。 圖3 圖3右下方的三個紅色柱狀圖顯示了間歇性異常幅度調(diào)制導(dǎo)致的眼圖不對稱，邊沿觸發(fā)器設(shè)置到高電壓閾值，捕捉到異常幅度調(diào)制
PART/4 定位信號幅度間歇性降低
在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了一個故障，即信號幅度會降低到預(yù)期的50%，這個問題最初是通過眼圖檢測到的，其眼圖出現(xiàn)了塌陷。為了及時發(fā)現(xiàn)問題發(fā)生的位置，設(shè)置了-個閾值電平約為汽車以太網(wǎng)信號幅度80%的信號dropout漏失觸發(fā)器。當(dāng)信號下降到幅度的一半時，dropout觸發(fā)器就會捕捉到這一事件，并顯示出發(fā)生點(diǎn)的幅度下降情況。在捕獲的原始波形上疊加的放大波形顯示時域波形的信號完整性很差，這也體現(xiàn)在眼圖上。 圖4 圖4使用閾值設(shè)置為波形幅度約80%的 Dropout觸發(fā)器捕捉汽車以太網(wǎng)幅度降低的發(fā)生位置。從眼圖和放大波形中可以看出，幅度降低信號的信號完整性很差。
PART/5 應(yīng)對真實(shí)的汽車以太網(wǎng)應(yīng)用場景
汽車以太網(wǎng)設(shè)計中的物理層問題可能難以發(fā)現(xiàn)、難以檢測。本文概述了在實(shí)施汽車以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)過程中出現(xiàn)的幾種實(shí)際情況，并介紹了用于識別每種類型問題及其發(fā)生時間的具體技巧。這是通過結(jié)合使用觸發(fā)、放大、眼圖、統(tǒng)計分布和測量參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。
PART/6 力科汽車總線測試方案
特勵達(dá)力科提供全面的車載網(wǎng)絡(luò)測試工具，覆蓋從合規(guī)性測試到調(diào)試分析的各個方面。 先進(jìn)的經(jīng)典和域架構(gòu)調(diào)試工具 控區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)、J1939、本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)、曼徹斯特編碼、SENT和 PSI5 等無處不在的低速技術(shù)受益于可加快調(diào)試速度并縮短開發(fā)時間的先進(jìn)工具（TDME）。 強(qiáng)大而獨(dú)特的觸發(fā)器和解碼器可提高調(diào)試和驗(yàn)證效率 通過自動時間測量和獨(dú)特的繪圖工具快速驗(yàn)證因果關(guān)系 使用眼圖量化系統(tǒng)性能并調(diào)試信號完整性問題 圖5 CAN FD眼圖 全面的 10Mb/s 至 10Gb/s 汽車以太網(wǎng)測試解決方案 汽車以太網(wǎng)提供單一通用通信介質(zhì)，允許不同組件共存于同一交換網(wǎng)絡(luò)中。TeledyneLeCroy 的汽車以太網(wǎng)測試解決方案進(jìn)一步推動了汽車向移動數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。 用于 PLCA 分析和識別物理層問題的最佳10Base-T1S工具 專用的 100Base-T1 和 1000Base-T1 調(diào)試環(huán)境，配備在線信號均衡工具，可進(jìn)行準(zhǔn)確的信號驗(yàn)證和解碼 全面的 10Base-T1S 至 MultiGBase-T1 合規(guī)性測試 圖6 TeledyneLeCroy 汽車以太網(wǎng)測試解決方案