以太網(wǎng)分析、車載總線協(xié)議解碼、CAN位時(shí)間測(cè)試3個(gè)方面解讀示波器

本文導(dǎo)讀

本文將重點(diǎn)從示波器的以太網(wǎng)分析、車載總線協(xié)議解碼、CAN位時(shí)間測(cè)試3個(gè)方面來進(jìn)行描述。

一、以太網(wǎng)分析

目前，車載以太網(wǎng)最重要的應(yīng)用就是域控制器。除了域控制器、激光雷達(dá)這些都需要高帶寬和全新的運(yùn)算架構(gòu)。另外一點(diǎn)就是降低成本的需求。

如圖1所示，為典型的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 典型的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

像CAN總線一樣，以太網(wǎng)也需要類似的多種測(cè)試來確保通信等的穩(wěn)定性。這其中就包括眼圖測(cè)試、發(fā)送抖動(dòng)、幅值特性、上升下降時(shí)間、占空比失真等項(xiàng)目的測(cè)試。通過這幾項(xiàng)的測(cè)試，基本可以判斷以太網(wǎng)的性能是否良好。

為了兼顧汽車電子方面的整體測(cè)試需求，包括常規(guī)的電壓電流信號(hào)，CAN、LIN等總線測(cè)試，以及以太網(wǎng)測(cè)試等。ZLG致遠(yuǎn)電子的ZDS4054 Plus，最新固件支持百兆以太網(wǎng)（100Base-TX）分析功能。

測(cè)試需要1塊ZTF100B轉(zhuǎn)接板，2條SMA轉(zhuǎn)BNC線，1條平行網(wǎng)線用于接示波器，1條平行或交叉網(wǎng)線用于接被測(cè)設(shè)備。

如圖2所示，為測(cè)試時(shí)連接圖，黃色網(wǎng)線另一端插在示波器背面的網(wǎng)口，黑色網(wǎng)線另一端連接被測(cè)以太網(wǎng)端口。

圖2 以太網(wǎng)分析測(cè)試連接圖

圖3為100Base-TX的眼圖分析測(cè)試。

圖3 100Base-TX的眼圖分析

除了眼圖測(cè)試，還支持發(fā)送抖動(dòng)測(cè)試、幅值特性測(cè)試、上升下降時(shí)間測(cè)試、占空比失真測(cè)試。如圖4所示。

圖4 發(fā)送抖動(dòng)等測(cè)試

如圖5所示，可使用完整測(cè)試功能，完整測(cè)試功能包括以上的眼圖、發(fā)送抖動(dòng)、幅值特性等。

圖5 以太網(wǎng)分析完整測(cè)試

整體測(cè)試結(jié)束后，可導(dǎo)出網(wǎng)頁報(bào)表，方便工程師做報(bào)告記錄等使用。如圖6、圖7所示。

圖6 整體測(cè)試的網(wǎng)頁報(bào)表

圖7 整體測(cè)試的網(wǎng)頁報(bào)表

二、CAN、LIN、CANFD等常用協(xié)議分析

像前面提到的，ZDS4054 Plus除了以太網(wǎng)分析外，汽車電子常用的CAN、LIN、FlexRay、CANFD、SENT等協(xié)議的解碼也是一一標(biāo)配。

汽車電子行業(yè)對(duì)示波器參數(shù)和功能的要求：

• 協(xié)議解碼：兼容所有主流車載通信協(xié)議，CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD；

• 大存儲(chǔ)深度：不是簡單的對(duì)一幀波形解碼，而是可以完整的監(jiān)控整個(gè)通信的過程；

• 參數(shù)測(cè)量：需支持波特率、總線負(fù)載率等多種參數(shù)的測(cè)量。

以上三點(diǎn)具體如下：

1、免費(fèi)標(biāo)配30余種協(xié)議解碼：包括汽車電子行業(yè)常用的CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD。與業(yè)界其他示波器需要付費(fèi)選配，且普遍只支持一幀波形解碼相比， ZDS4054Plus可支持基于512M存儲(chǔ)深度的70s CAN波形解碼，其大存儲(chǔ)可以保證監(jiān)控整個(gè)通信過程，如圖8、圖9所示。

圖8 免費(fèi)標(biāo)配30余種協(xié)議解碼

圖9 70s CAN波形解碼

2、擁有全存儲(chǔ)深度、全協(xié)議解碼的事件表：可以將512M存儲(chǔ)深度下的波形全部進(jìn)行解碼，并且在事件表中顯示。事件表可以觀察到具體某幀波形的時(shí)間、幀類型、IDField、數(shù)據(jù)等信息，大大方便了我們對(duì)于波形的分析。如圖10所示為LIN協(xié)議的解碼。

圖10 LIN協(xié)議的解碼

3、支持CAN總線波特率、負(fù)載率測(cè)量：ZDS4054 Plus支持51種參數(shù)測(cè)量，24種同屏顯示。唯一直接支持CAN總線波特率、負(fù)載率直接測(cè)量，所有測(cè)量都是經(jīng)過FPGA全硬件加速，即使512M波形數(shù)據(jù)測(cè)量不到1s即可。如圖11所示為CAN總線波特率、平均與瞬時(shí)負(fù)載率測(cè)量。

圖11 CAN總線波特率、負(fù)載率測(cè)量

三、CAN位時(shí)間測(cè)試

1、為什么要關(guān)注CAN總線的位時(shí)間？

汽車CAN總線設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于CAN節(jié)點(diǎn)的差分信號(hào)位時(shí)間（即波特率）有著嚴(yán)格規(guī)定：同一總線每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)位時(shí)間必須保持較高的一致性，否則節(jié)點(diǎn)組合后會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤幀，可能導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)間無法進(jìn)行通信。

2、CAN總線的位時(shí)間如何測(cè)量？

《汽車物理鏈路層測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GMW14241 JUNE 2012》中規(guī)定的步驟如下：

• 選擇被測(cè)DUT合適的條件，使用示波器觸發(fā)顯示波形；

• 測(cè)量連續(xù)20-30個(gè)位的隱性-顯性差分電平的邊沿時(shí)間，平均計(jì)算出一個(gè)位的時(shí)間；

• 至少重復(fù)100次，確定最大和最小值。

其中，單幀CAN位時(shí)間測(cè)試方法如圖12所示。

圖12 單幀CAN位時(shí)間測(cè)試方法

3、傳統(tǒng)示波器的CAN位時(shí)間測(cè)試難點(diǎn)

工程師需要在屏幕上從左到右連續(xù)至少數(shù)20*100=2000個(gè)波形，同時(shí)需要完成100次手動(dòng)計(jì)算和數(shù)據(jù)記錄，然后最終確定最大值和最小值。

4、ZLG致遠(yuǎn)電子示波器解決方案

如果你需要測(cè)100幀，那就右上角100幀數(shù)據(jù)跑過去就可以。同時(shí)，也可以提前輸入對(duì)應(yīng)車廠要求的上限值和下限值模擬車廠驗(yàn)收，如果測(cè)試值在要求范圍之內(nèi)，直接給出pass結(jié)果，否則fail，如圖13所示。

圖13 CAN位時(shí)間幀數(shù)統(tǒng)計(jì)及測(cè)量結(jié)果

測(cè)試完成后可對(duì)所測(cè)試的波形和數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出。導(dǎo)出的“網(wǎng)頁報(bào)表”文件可使用網(wǎng)頁打開，導(dǎo)出的“CSV”文件可使用Excel打開。網(wǎng)頁報(bào)表導(dǎo)出文件的部分截圖如圖14所示。

圖14 CAN位時(shí)間測(cè)試結(jié)果報(bào)告