車載以太網(wǎng)成為面向未來應(yīng)用的新型車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)

車載以太網(wǎng)，簡而言之，即將熟悉的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中的以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過修改和優(yōu)化，以應(yīng)用在汽車上，使其能滿足未來車內(nèi)高速通信的需求

車載以太網(wǎng)的歷史并沒有那么久遠(yuǎn)。雖然很多年前就已經(jīng)開始了這項技術(shù)的研究，但是IEEE是在2015-2016年才形成了IEEE802.3bw以及802.3bp標(biāo)準(zhǔn)，分別對車載以太網(wǎng)100M速率（簡稱100base-T1）以及1000M速率（簡稱1000base-T1）的通信標(biāo)準(zhǔn)做出了明確的規(guī)定。近兩年又推出了IEEE802.3cg以及IEEE 802.3ch，分別制定了車載10M速率（10base-T1S）以及車載2.5G/5G/10G速率（MultiGbase-T1）標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，OPEN ALLIANCE聯(lián)盟也對ECU級的測試項目和評估標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定，目前TC8主要針對100/1000base-T1的ECU測試，而MultiGbase-T1會在TC15中完成。

車載以太網(wǎng)發(fā)展迅速，越來越受到汽車產(chǎn)業(yè)界的重視。尤其在隨著5G、車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛等應(yīng)用的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的低速總線技術(shù)無法滿足多傳感器、攝像頭數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)量的傳輸要求。同時，V2X也對通信低延遲和實時性提出了嚴(yán)苛需求。因此，廠商紛紛借助車載以太網(wǎng)來構(gòu)建新型車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。

總線速率的提升為工程師測試帶來挑戰(zhàn)

在以CAN/FlexRay等為代表的低速總線中，由于數(shù)據(jù)傳輸速率較低（例如普遍使用的CAN總線速率最高為1Mbps，而常用的為500Kbps），工程師在調(diào)測時，往往更多側(cè)重于模塊功能化調(diào)試。示波器作為常用工具，在調(diào)測時比較容易，且示波器具備的協(xié)議觸發(fā)和解碼功能可以幫助工程師捕獲特定 CAN信號幀并解碼查看，定位故障。如圖1所示。

圖1 CAN總線解碼功能示意圖

然而，在對更高速的車載以太網(wǎng)接口做驗證時，情況會復(fù)雜很多，需要進行物理層一致性測試。

首先，隨著被測信號速率的提升，為了保證信號完整性需要使用更大帶寬的示波器。選擇示波器的帶寬時，可參考表1。

表1 車載以太網(wǎng)速率測試所需示波器帶寬

IEEE 802.3協(xié)議和OPEN ALLIANCE針對各個不同的速率也明確規(guī)定了不同的測試項目及評估標(biāo)準(zhǔn)。以最新發(fā)布的10G速率的IEEE802.3ch為例，發(fā)射端物理層的測試內(nèi)容包括最大輸出壓降，發(fā)射端線性度，抖動（確定性抖動/隨機抖動），功率譜密度，差分電壓峰值，時鐘頻率，回波損耗等測試項目，其中回波損耗需要使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來測試。

工程師憑借調(diào)試低速總線的經(jīng)驗，通過手動測試可能無法有效完成這些測試任務(wù)。例如：在低速總線測試時，比較少關(guān)注抖動細(xì)節(jié)，更沒有討論確定性抖動或隨機抖動的必要。功率譜密度，回波損耗這些指標(biāo)也很少涉及；最大輸出壓降的測試原理比較簡單，但是測試過程繁瑣，要求能夠準(zhǔn)確測試信號波形中距離第一個過零點4ns位置和16ns位置的電壓差。如果手動測試，不僅效率低，而且會由于人為設(shè)置測量而造成誤差；高速信號的測試對連接夾具也提出了高要求，不合格的夾具可能導(dǎo)致過大的衰減，導(dǎo)致測試結(jié)果失敗。

一致性測試方案讓自動測試成為可能

羅德與施瓦茨（以下簡稱"R&S公司"）的示波器可以提供K24（100base-T1）, K87（1000base-T1）, K88（MultiGbase-T1）, K89（10base-T1）車載以太網(wǎng)一致性測試軟件。如圖2是RTP系列示波器的10Gbase-T1的軟件界面，支持的測試項目與IEEE 802.3ch發(fā)射端的定義保持一致。

圖2 RTP-K88 10Gbase-T1測試軟件界面

以10G速率車載以太網(wǎng)為例，從以下幾個方面來了解測試時的注意事項，以及一致性軟件是如何簡化測試過程。

01

在使用示波器捕獲被測信號時，需要按照IEEE 802.3ch的定義，對不同的測試項需要配置被測件發(fā)出指定的波形。需要指出的是，即使使用一致性測試軟件，也需要工程師能夠控制被測件能夠發(fā)出正確的測試波形。例如在測試MDI Jitter Master mode時，需要被測件發(fā)送Test Mode 2波形；在測試Transmitter Maximum Output Droop時，需要被測件發(fā)送Test Mode 6波形。

一致性軟件會根據(jù)選擇的測試項目，給出連接向?qū)Ш退璋l(fā)送波形的示意圖，如圖3所示。工程師在開始測量前可預(yù)先檢查連接情況以及被測件是否發(fā)出了正確的被測波形。

圖3 一致性測試軟件向?qū)?

02

捕獲到符合要求的波形數(shù)據(jù)后，需要根據(jù)規(guī)定的分析方法，經(jīng)過大量的計算得出各個測量指標(biāo)的數(shù)值，進而和標(biāo)準(zhǔn)對比來判斷是否符合需求。

一致性測試軟件會大大簡化分析過程。軟件會在捕獲到波形后，自動進行計算，給出測試指標(biāo)并與IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行對比，同時保存截圖，匯總生成測試報告。如圖4所示為發(fā)送Test Mode 2波形時，得到的隨機抖動（Random Jitter）的結(jié)果和分布曲線等。

圖4 一致性軟件測試報告示意圖

03

在實驗的可重復(fù)性方面，不同的工程師測試時或同一工程師對不同的被測件測試時，會由于對示波器的基本參數(shù)設(shè)置的不同，造成測試結(jié)果的差異，使得結(jié)果難以比對。而一致性測試軟件不會涉及該問題，只需要工程師在測試時根據(jù)測試場景設(shè)置合適的參數(shù)（可使用默認(rèn)參數(shù)），方便工程師對優(yōu)化前后的產(chǎn)品性能做對比。

04

車載以太網(wǎng)是用于車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的技術(shù)，目前還沒有規(guī)定統(tǒng)一的接口形態(tài)（不同于10/100/1000base-T均使用RJ-45接口）。通常不同廠家甚至同一廠家的不同產(chǎn)品會具備不同的接口形態(tài)。因此在將被測件的信號接入到示波器或者矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時，需要使用高質(zhì)量的夾具以減小對信號的影響。

圖5 RT-ZF7A夾具示意圖

R&S公司針對此連接的需求，也提供了RT-ZF7A夾具。如圖5所示，RT-ZF7A具備優(yōu)秀的射頻性能，一端通過焊接方式連接不同類型被測接口，另一端通過標(biāo)準(zhǔn)SMA接口連接線纜至示波器端口，保證信號完整性。

綜上所述

R&S公司可以提供高帶寬示波器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，并且具備完善的從10M速率至10G速率的車載以太網(wǎng)一致性測試方案。另外，針對工程師調(diào)測總線的需求，R&S公司的示波器也具備100base-T1和1000base-T1的觸發(fā)解碼軟件以及夾具，幫助工程師從容應(yīng)對新型車內(nèi)總線的研發(fā)與測試工作。