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與過去、現(xiàn)在和未來的汽車相比，有一個明顯的趨勢：汽車已經(jīng)成為一個帶輪子的數(shù)據(jù)中心。在每輛車安全系統(tǒng)、機(jī)載傳感器、導(dǎo)航系統(tǒng)等數(shù)據(jù)流量以及對這些數(shù)據(jù)的依賴都在迅速增長。 未來幾年，我們預(yù)計每輛車將看到100多輛ECU，聯(lián)網(wǎng)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)每天會攜帶幾個TB數(shù)據(jù)。

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圖 1. 傳感器與 ECU 越來越多的數(shù)據(jù)需要更快的數(shù)據(jù)速率和更寬的帶寬

隨著傳感器的數(shù)量和靈敏度的增加，它們會產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)�？梢韵胂�，10~20個攝像頭提供360度全景視圖，所有攝像頭發(fā)送1080p ( 現(xiàn)在 ) 或 4K ( 將來 ) 像素深度來自高清數(shù)據(jù)流 16 上升到20甚至24位。這些數(shù)字正在迅速疊加：一個支持 24 位像素深度 4K 攝像頭以每秒10-30幀的速率生成每幀 199 Mb的數(shù)據(jù)。盡管 1 Gbps現(xiàn)在速度可能夠了，但很快就需要10Gbps。

目前，IVNs采用預(yù)處理硬件簡化傳感器上的數(shù)據(jù)。不幸的是，它會影響響響應(yīng)時間，降低圖像質(zhì)量，從而限制可用的檢測距離。新的解決方案是 2 - 8 Gbps 速率把原 將始數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊�中式電影系統(tǒng) (SoCs) 或一般處理表 元 (GPUs)，SoC或GPU可以對輸入TexasInstruments代理壓縮實(shí)時數(shù)據(jù)。IVNs在域控制器結(jié)構(gòu)中，傳感器將原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧��?

速度達(dá)到10 Gbps，汽車以太網(wǎng)將承載高速數(shù)字 包括：

? IEEE 802.3cg, 10BASE-T1, 10 Mbps；

? IEEE 802.3bw, 100BASE-T1, 100 Mbps；

? IEEE 802.3bp, 1000BASE-T1, 1 Gbps；

? IEEE 802.3ch, 10GBASE-T1, 2.5/5/10 Gbps。

考慮到可用的數(shù)據(jù)速率和對這些性能的需求不斷增加，以及減輕電纜重量，許多行業(yè)觀察家對汽車以太網(wǎng)的發(fā)展和聯(lián)網(wǎng)車載節(jié)點(diǎn)的數(shù)量非常樂觀。

汽車以太網(wǎng)的概念是由的 OPEN 聯(lián)盟 SIG 也提出了 叫 IEEE 802.3bw ( 原 BroadR-Reach)，是為汽車聯(lián) 以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計，如先進(jìn)的安全工作 能、舒適、信息娛樂功能。通過汽車以太網(wǎng)，多輛車 通過系統(tǒng)可以通過非屏蔽單絞線電纜訪問信 息。這項(xiàng)技術(shù)降低了汽車制造商的聯(lián)網(wǎng)成本 電纜重量增加了信號帶寬。

為實(shí)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)功能和 PAM3信令。采和PAM實(shí)現(xiàn)全雙工通信，可能會檢查汽車 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和信號完整性測試變得非常復(fù)雜。

OPEN 聯(lián)盟制定了汽車零部件、信道和互操作能力 車輛以太網(wǎng)測試規(guī)范。測試系統(tǒng)集成了電子控制單元 (ECU)、連接器和非雙絞線電纜。測試要求系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境和噪聲條件下工作。因此，用戶必須 只有在系統(tǒng)級表征和查看信號完整性和業(yè)務(wù)時才能執(zhí)行 可靠性測試。

客戶需要在系統(tǒng)級進(jìn)行信號完整性測試的應(yīng)用實(shí)例:

? TC8 信號質(zhì)量測試

? ECU 組件的表征和測試

? 汽車以太網(wǎng)電纜、連接器、電纜長度和路征 測試

? 電磁噪聲或高斯噪聲測試

? 大電流注入試驗(yàn)

? 生產(chǎn)單元測試

? 汽車系統(tǒng)對以太網(wǎng)性能的影響 - DC 馬達(dá)開 / 關(guān) - 發(fā)動機(jī)開 / 關(guān)

? 汽車以太網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)試

在系統(tǒng)集成之前，建議在設(shè)計階段進(jìn)行信號完整性測試 確定潛在問題。

圖2. 以太網(wǎng)全雙工通信鏈

挑戰(zhàn)：并排測試多條總線

測試車載網(wǎng)絡(luò)需要對整個車輛進(jìn)行可靠性驗(yàn)證 包括互操作能力、抗干擾能力、串?dāng)_和干擾源。檢驗(yàn)運(yùn) 通信功能和可靠性將涵蓋汽車內(nèi)部的每一個 ECU 管 連接總線的系統(tǒng) ( 下圖 )。汽車數(shù)據(jù)密集 度越來越高，測試可以保證生命周期各個階段的安全 包括開發(fā)、驗(yàn)證、生產(chǎn)和維護(hù)在內(nèi)的運(yùn)行變得至關(guān)重要 和保養(yǎng)。

圖 3. 車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例

測試挑戰(zhàn) #1:調(diào)試總線

車載通信可能仍受到噪聲、電路板布線和啟動 / 關(guān) 閉合時的影響，導(dǎo)致總線錯誤和鎖定過多。 多條總線同時在封閉的汽車空間內(nèi)運(yùn)行，可能會生產(chǎn) 生 EMI，導(dǎo)致信號質(zhì)量差。預(yù)一致性測試可以幫助你 隔離和識別信號質(zhì)量和總線性能問題的原因 通過對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn) EMI 與電磁兼容 (EMC) 正式測試的能力，如 CISPR 12、CISPR 25、 EN 55013、EN 55022 ( 被 EN 55032 替代 ) 和 CFR Title 47, Part 15。

測試挑戰(zhàn) #2:檢查電氣一致性

確保汽車之間和內(nèi)部可靠的低延遲數(shù)據(jù)流 系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。汽車以太網(wǎng)擁有 IEEE 和 OPEN 一套復(fù)雜的聯(lián)盟合規(guī)測試，包括各種 確保電氣要求符合標(biāo)準(zhǔn)。這些測試通常是設(shè)計的， 在驗(yàn)證和生產(chǎn)過程中執(zhí)行。在汽車以太網(wǎng)中，物理 (PHY) 層層電氣測試覆蓋發(fā)射機(jī) / 接收機(jī)(收發(fā)機(jī))性能多 如下表所示。這些測量的具體目標(biāo)是 測試物理介質(zhì)連接（PMA）與各種電氣參數(shù)據(jù)相比， 一致性。

圖 4. 100/1000BASE-T1 電氣測試列表

測試挑戰(zhàn) #3： 驗(yàn)證協(xié)議的合規(guī)性和系統(tǒng)性能

汽車以太網(wǎng)被稱為三電平PAM或PAM3的技術(shù)， 在相同的時鐘頻率上實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。在 PAM3 每個電平必須在特定電壓和相對緊張的容量范圍內(nèi)運(yùn)行。 這些信號可能相當(dāng)復(fù)雜，但基于示波器的眼圖測量可以有效地確定相對于信號編碼所需的信號性能 ( 即協(xié)議測試 )。眼圖的關(guān)鍵指標(biāo)是眼高、眼寬、線性度和厚度 ( 下圖 )。綜合這些指標(biāo)， 提供實(shí)用信息表明信號能提供多正確可靠 編碼信息。

圖 5. 累計眼圖為在一個或多個周期內(nèi)查看和表示多電平信號提供了有效的途徑

還指出，汽車以太網(wǎng)采用全雙工操作，因此鏈 兩臺設(shè)備可同時收發(fā)數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的共享網(wǎng)絡(luò)相比，這提供了三個相關(guān)的優(yōu)勢：第一，兩個設(shè)備可以一次收發(fā)數(shù)據(jù)，而不是輪流收發(fā)數(shù)據(jù)；第二，系統(tǒng) 帶寬應(yīng)該更大；第三，全雙工可以在不同的設(shè)備(如 同時實(shí)現(xiàn)主設(shè)備與設(shè)備之間的多次會話。 除了這些復(fù)雜的情況外，汽車工程師還面臨著另一個挑戰(zhàn)：采用 PAM3 全雙工通信信令使其難以先查看汽車以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，再充分表示信號完整性。如果您想在鏈路上進(jìn)行信號完整性分析，并在真實(shí)的系統(tǒng)環(huán)境中解碼協(xié)議 ( 使用示波器 )，設(shè)計師必須單獨(dú)檢查 查看每個鏈路，需要先隔離信號，再進(jìn)行分析。

圖 6. 實(shí)際車載以太網(wǎng)信號，主從信號不能分開

節(jié)點(diǎn)之間的可靠通信對汽車的運(yùn)行至關(guān)重要。因此，我們強(qiáng)烈建議在系統(tǒng)級測試信號完整性和協(xié)議，包括不同的電纜長度、注入噪聲等。

測試挑戰(zhàn) #4:獲取排障調(diào)試所需信息

無論問題是總線性能，EMI、信號質(zhì)量由兩個基本指標(biāo)決定，然后決定電氣一致性或協(xié)議一致性 數(shù)據(jù)性能，即幅度和定時性。精確運(yùn)輸這兩個指標(biāo) 對于確保數(shù)字信息通過總線成功傳輸至關(guān)重要。由 總線速度越來越快，信號調(diào)制技術(shù)越來越復(fù)雜(如 PAM3)，這也變得越來越困難。 在調(diào)試開始時，通常有六個常見的問題 眾所周知：

? 幅度問題：振鈴、頂降、欠幅脈沖

? 邊沿畸變：電路板布線問題，端接不當(dāng)，電路問題

? 反射：電路板布線問題，端接不當(dāng)

? 串?dāng)_：信號耦合，EMI

? 地電平彈跳：電源和地面電路吸收電流過多

? 抖動：噪聲、串?dāng)_、定時不穩(wěn)定

如果沒有足夠的頻率覆蓋，示波器是首選的測量工具 覆蓋范圍、通道數(shù)、附件和屏幕分析功能、障礙物排除和調(diào)試 這個過程可能會變得極其繁瑣和耗時。

泰克以太網(wǎng)解決方案

標(biāo)準(zhǔn)化一致性測試

泰克科技致力于測量車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的前沿標(biāo)準(zhǔn)和一致性 試。 在 IEEE、Open Alliance、HD-BASE 聯(lián) 盟 及 MIPI A-PHY 積極參與和提供行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)組織 領(lǐng)先的解決方案。下表給出了一致性測試速查表：

表格 1 以太網(wǎng)一致性測試速查表

系統(tǒng)級信號完整性：查看真實(shí)信號

在單對雙絞線上分離以太網(wǎng)的主從信號有兩種方法：

1. 定向耦合方法

要求用戶切斷或切斷汽車以太網(wǎng)電纜，插入定向耦合 對信號進(jìn)行分隔和測試。該方法在最小干擾下準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn) 測試本身就有缺陷。系統(tǒng)級切斷電纜不是 很容易，所以這種方法不適合系統(tǒng)級測試。 用戶可以通過這種方式查看主信號和從信號，但它 很難確定錯誤是由系統(tǒng)或新硬件引起的。此外，盡管我們可能會消除固定 對耦合器的影響，但反嵌可能會放大系統(tǒng)中的噪聲，影響測量和表征精度。

直到最近，定向耦合方法一直是默認(rèn)的汽車以太網(wǎng)測試方法，因?yàn)闆]有基于軟件的泰克信號分隔測試方法。

圖 7. 汽車以太網(wǎng)定向耦合設(shè)備信號分離法

圖 8. 以太網(wǎng)泰克信號分隔方法

2. 泰克信號分隔法

泰克信號分隔法 2019 年 7 月問世，它同時從主 測試點(diǎn)和從測試點(diǎn)分離電壓波形和電流波形 采用專有軟件算法提供分隔信號的全雙工信號。泰克信號分隔是一種基于軟件的解決方案，用戶可以看到真實(shí)信號，而無需切斷汽車以太網(wǎng)電纜。 該方法的優(yōu)點(diǎn)之一是它可以顯示主信號和從信號，而不會增加插件、回?fù)p和反嵌影響，如定向耦合方法。

圖 9. 比較了以太網(wǎng)兩種信號分離方法

如上圖所示，在實(shí)際信號示例中，如果泰克的信號分離方法不損壞實(shí)際連接和嵌入定向耦合器，則獲得 PAM3 信號的峰值約為 2V，相對于嵌入式定向耦合器獲得的200mV泰克信號分離法獲得峰值和峰值 PAM3 眼圖幅度要高得多，信號的信噪比也更好。通過這種新的汽車以太網(wǎng)測試方法，用戶可以在不增加成本和測量挑戰(zhàn)的情況下，更準(zhǔn)確、更少地表示信號。用戶可以在系統(tǒng)級執(zhí)行信號完整性測試和應(yīng)用環(huán)境中提供的所有測試。

圖 10. 靈活的 PAM3 信號分離和協(xié)議解碼

同時，泰克示波器還為以太網(wǎng)提供全面的汽車 PAM3 高級信號分析功能和總線協(xié)議解碼功能，請參考下表 所需方案：

泰克及其解決方案合作伙伴創(chuàng)造了統(tǒng)一的車載網(wǎng)絡(luò)測試方法。在所有主要領(lǐng)域IVN在整個汽車生命周期中，我們可以幫助您和您的團(tuán)隊(duì)更快地投入生產(chǎn)新設(shè)計，加快驗(yàn)證測試，加強(qiáng)合規(guī)測試，優(yōu)化生產(chǎn)測試，簡化服務(wù)和維護(hù)后測試。最終的結(jié)果可以大大提高您滿足成本和時間表的能力。