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(huì)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(lì)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(gè)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(shí)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(jì)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(huì)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(gè)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(gè)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(gè)100歐姆差分線對轉(zhuǎn)換為兩個(gè)50歐姆單端SMA連接器。每個(gè)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(gè)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(gè)方向的流量分離為單獨(dú)的數(shù)據(jù)流，從而將來自每個(gè)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(gè)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(gè)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(huì)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(gè)汽車以太網(wǎng)邊沿右側(cè)的一個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)峰值，顯示三個(gè)電壓電平中最低和最高電平的統(tǒng)計(jì)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(gè)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(gè)故障，即信號幅度會(huì)降低到預(yù)期的50%，這個(gè)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(shí)發(fā)現(xiàn)問題發(fā)生的位置，設(shè)置了-個(gè)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(shí)，dropout觸發(fā)器就會(huì)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(shí)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(jì)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(shí)別每種類型問題及其發(fā)生時(shí)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(jì)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(lì)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(gè)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(shí)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(dòng)時(shí)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(dòng)了汽車向移動(dòng)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。 用于 PLCA 分析和識(shí)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