改善汽車生態(tài)學(xué)、安全性和舒適性 - 全文

?????? 中國汽車產(chǎn)量已超過美國躍居全球第一，未來5-10年還將保持不斷增長的態(tài)勢。中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，2010年汽車產(chǎn)量增速在10%左右，有望達(dá)到1500萬輛。中國目前已涌現(xiàn)不少知名的企業(yè)，包括汽車制造商、模塊化系統(tǒng)供應(yīng)商和元器件供應(yīng)商、電子設(shè)備商等，特別是一汽、二汽、比亞迪、奇瑞、吉利、航盛、長安等本土廠商在自主開發(fā)和創(chuàng)新上取得的長足進(jìn)步帶動(dòng)了中國汽車電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展-。

????? 然而，面對(duì)日益復(fù)雜的汽車設(shè)計(jì)需求，特別是要推出中高端和商用的新能源汽車之時(shí)，自主創(chuàng)新和開發(fā)之路并非坦途。泰克科技的專家曾在不久前舉辦的一場汽車電子技術(shù)論壇上以擁有“100多個(gè)ECU、軟件代碼已經(jīng)達(dá)到700萬行”的豐田L(fēng)exus460汽車為例，強(qiáng)調(diào)了電子部件在汽車特別是高端汽車中所占據(jù)的比例越來越高?！叭鐖D1，汽車電子關(guān)乎目前汽車設(shè)計(jì)的三大市場挑戰(zhàn)，即如何滿足生態(tài)（環(huán)境保護(hù)）、更舒適方便和增強(qiáng)安全性的要求，而圍繞解決這些挑戰(zhàn)的系統(tǒng)和子系統(tǒng)正是目前汽車電子設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)?！彼赋??！岸钟蚓W(wǎng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電子控制單元和數(shù)字RFID的應(yīng)用在改善汽車生態(tài)學(xué)、安全性和舒適性方面扮演了重要的角色。

圖1：汽車設(shè)計(jì)的三大市場挑戰(zhàn)引發(fā)更多設(shè)計(jì)熱點(diǎn)。

四大測試分析，一個(gè)也不能少

????? 泰克的專家在演講中強(qiáng)調(diào)，無論對(duì)于需要改善燃油效率或采用新能源的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，還是有助于提升駕車和娛樂舒適性的車身及影音娛樂系統(tǒng)，抑或制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等安全駕駛系統(tǒng)，局域網(wǎng)(LAN)的使用量正不斷提高，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)控制、車身控制或各種線控操作（X-by-wire control）；由于需要提高汽車的能耗效率，因此汽車的引擎控制單元和電源系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，而混合動(dòng)力和清潔燃料柴油機(jī)技術(shù)要求高級(jí)電子控制系統(tǒng)，以保證安全及環(huán)保；利用電子控制單元(ECU)控制基本汽車系統(tǒng)和非基本汽車系統(tǒng)正成為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些ECU基于數(shù)字技術(shù)(MCU、FPGA等器件)，要求更深入地了解復(fù)雜的定時(shí)和信號(hào)完整性問題；汽車安全系統(tǒng)采用胎壓監(jiān)測（TPMS）和RFID系統(tǒng)，需要開發(fā)和測量實(shí)時(shí)RF系統(tǒng)，要能夠高效監(jiān)測汽車操作和狀態(tài)。

（一）局域網(wǎng)測試分析

????? 泰克的專家在演講中闡述到，汽車設(shè)計(jì)中正集成各種串行數(shù)據(jù)技術(shù)和應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)LAN，如CAN、LIN、MOST和FlexRay。串行通信可改善電路板設(shè)計(jì)，因?yàn)榇?a target="_blank">接口集成到處理器、ASIC、FPGA等器件中，使得連接數(shù)量減少、元件總成本下降。最終汽車設(shè)計(jì)通常包含多個(gè)串行標(biāo)準(zhǔn)、混合信號(hào)、混合數(shù)據(jù)速率、單端信號(hào)和差分信號(hào)，這就需要一種集大成且易用的高品質(zhì)測試分析解決方案，以完成信號(hào)之間定時(shí)、信號(hào)完整性測試分析和調(diào)試。

????? 對(duì)于汽車中常用的CAN、LIN這類低速串行總線的調(diào)試，泰克的DPO/MSO4000系列示波器提供了簡單、易用、完整、高品質(zhì)的觸發(fā)、捕獲和解碼解決方案。如圖2，該示波器系列提供了搜索和標(biāo)記功能，可在事件表顯示解碼后的帶有時(shí)間標(biāo)記的CAN消息幀，這一功能是其他競爭性產(chǎn)品所不具備的。

圖2：泰克的DPO/MSO4000系列示波器CAN解決方案。

????? 對(duì)于方興未艾的高速差分串行總線FlexRay，DPO/MSO4000系列也提供調(diào)試解決方案。泰克公司的FlexRay物理層分析軟件DPO4AUTOMAX還全面支持物理層分析，提供完整的一套工具評(píng)估物理層性能，包括眼圖分析、同步測量、定時(shí)測量、時(shí)間間隔誤差 (TIE)，并可通過USB或以太網(wǎng)與外部計(jì)算機(jī)一起運(yùn)行

（二）動(dòng)力系統(tǒng)測試分析

????? 動(dòng)力系統(tǒng)無疑是汽車的心臟，而與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的電子電路的高質(zhì)量穩(wěn)定運(yùn)行將很大程度上決定整車的性能表現(xiàn)，其中既包括通過ECU實(shí)現(xiàn)的電子控制部分，還包括汽車電源電路，特別是新能源汽車。

????? 汽車ECU根據(jù)放在汽車各處的傳感器傳回的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算信息，確定最佳的引擎控制參數(shù)值。由于ECU內(nèi)置到汽車引擎室中，噪聲環(huán)境更加惡劣，同時(shí)由于對(duì)更高頻率的分析需求也在不斷上升，特別是對(duì)微秒級(jí)、毫秒級(jí)以及甚至納秒級(jí)瞬態(tài)信號(hào)或尖峰的抗擾能力，對(duì)傳統(tǒng)示波器和探頭分析納秒級(jí)的高頻噪聲提出了挑戰(zhàn)。泰克專家建議降低測量系統(tǒng)的電氣負(fù)荷，包括使用低輸入電容的差分探頭。泰克專家還針對(duì)部分工程師希望利用信號(hào)源進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)電子控制單元現(xiàn)場仿真測試提供了基于信號(hào)源的測試方法，例如利用AFG3000系列函數(shù)信號(hào)發(fā)生器仿真各種汽車傳感器信號(hào), 如壓力、溫度、速度、旋轉(zhuǎn)和角度位置，對(duì)汽車應(yīng)用中的引擎控制單元進(jìn)行功能測試和優(yōu)化。

圖3：利用AFG302xB和AFG3011測量和優(yōu)化引擎控制單元。

????? 汽車電源電路的測試與其他電子系統(tǒng)上的電源測試類似，需要進(jìn)行包括開關(guān)損耗、傳導(dǎo)損耗、平均功率損耗以及安全工作區(qū)(SOA)在內(nèi)的主要性能測試。目前，業(yè)界已經(jīng)具有完整、方便易用的電源測試解決方案，例如泰克公司就提供了業(yè)內(nèi)最完整的集成電源分析解決方案DPO4PWR和DPO3PWR電源分析應(yīng)用模塊，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗測量、安全工作區(qū)、諧波、波紋、調(diào)制、轉(zhuǎn)換速率等全面的測試，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量功能，可極大地簡化汽車電源應(yīng)用的功率分析工作。

????? 針對(duì)汽車電子測試中完全浮地測試的特點(diǎn)，泰克的專家建議工程師在測試中采用相對(duì)價(jià)格較高但同時(shí)性能更高的差分探頭來確保消除共模部分的影響。“有時(shí)候我們進(jìn)行單板測試很順利，但是在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)就出現(xiàn)問題，很多時(shí)候都可能是測試時(shí)未能考慮到共模部分的影響造成。”他指出。他進(jìn)一步與工程師分享了泰克在探頭上的領(lǐng)先技術(shù)：“例如，TDP探頭就特別適合進(jìn)行浮動(dòng)電壓測量，其輸入電容小于1pF，而且具有業(yè)內(nèi)獨(dú)有的探頭可編程控制特性，適合于自動(dòng)測試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)?！?/p>

（三）數(shù)字器件分析

????? 在汽車中的電子控制單元、信息娛樂系統(tǒng)和安全子系統(tǒng)中，越來越多的使用MCU、FPGA等數(shù)字IC，形成了各種嵌入式系統(tǒng)。泰克的專家分析指出，與需要用邏輯分析儀進(jìn)行多條通道、復(fù)雜觸發(fā)、條件存儲(chǔ)、反匯編、源代碼級(jí)軟件調(diào)試的CPU不同，對(duì)于MCU和FPGA的調(diào)試，一臺(tái)性能優(yōu)良、功能配置齊全的混合信號(hào)示波器（MSO）就足夠了。

????? 以下是嵌入式系統(tǒng)中兩種常見的定時(shí)測量：事件時(shí)間相隔很遠(yuǎn)——要求在長時(shí)間內(nèi)以高定時(shí)分辨率(高采樣率)采集多條通道(長記錄長度)；數(shù)字狀態(tài)跳變——要求在短時(shí)間內(nèi)捕獲信號(hào)，但定時(shí)分辨率要非常高。實(shí)時(shí)MSO，如采用MagniVu應(yīng)用模塊的MSO4000，就特別適合監(jiān)測隨時(shí)間變化情況。另外，MSO4000的16個(gè)數(shù)字通道可以分別設(shè)置電平，可以在一個(gè)設(shè)計(jì)中使用不同的邏輯類型，并可在多條通道中觸發(fā)建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)。

????? 對(duì)于FPGA的調(diào)試挑戰(zhàn)，泰克專家列舉了以下幾點(diǎn)：1.設(shè)計(jì)規(guī)格和復(fù)雜程度日益提高、接入內(nèi)部信號(hào)受限；2、上市時(shí)間壓力迫使產(chǎn)品開發(fā)和調(diào)試周期日益縮短；3、在FPGA中增加調(diào)試電路會(huì)影響設(shè)計(jì)性能和占用寶貴的芯片空間等等。

?圖4：經(jīng)濟(jì)高效的FPGA實(shí)時(shí)邏輯調(diào)試解決方案。

????? 泰克公司提供了經(jīng)濟(jì)高效的FPGA實(shí)時(shí)邏輯調(diào)試解決方案來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)：MSO4000混合信號(hào)示波器或TLA系列邏輯分析儀 (>v4.3)+ FS2 FPGAView控制軟件，配套FPGA廠商的復(fù)用器和JTAG電纜，可4步輕松完成：創(chuàng)建接口模塊?為調(diào)試環(huán)境配置FPGAView?將FPGA引腳映射到MSO4000或TLA系列邏輯分析儀?進(jìn)行測量。

????? 另外，泰克公司還提供了DPOxAudio音頻分析模塊，可對(duì)車載娛樂系統(tǒng)音頻總線I2S進(jìn)行譯碼分析。

（四）?數(shù)字RF測試

????? 一些新的安全和監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)將RFID廣泛地應(yīng)用于在汽車電子系統(tǒng)中，如胎壓監(jiān)測（TPMS）、防盜器、無鍵輸入系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)元件和系統(tǒng)。RFID的應(yīng)用日益增多，部分在過去高級(jí)轎車中應(yīng)用的技術(shù)將成為未來大部分汽車的標(biāo)配，例如今年輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的呼聲日益高漲，監(jiān)測泰克專家也指出，在倒車?yán)走_(dá)應(yīng)用中，過去國內(nèi)汽車廠多采用直接購買模塊進(jìn)行應(yīng)用，而現(xiàn)在很多自己開始設(shè)計(jì)，將必然促進(jìn)在更多汽車中的廣泛應(yīng)用。

????? 如前文所述，近年來汽車電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜化、更多具有較強(qiáng)EMI特性的開關(guān)電源進(jìn)入汽車電子系統(tǒng)中，這些對(duì)RF的測試帶來了挑戰(zhàn)，使用傳統(tǒng)的頻譜分析工具來對(duì)這些瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行測試。泰克專家對(duì)于汽車RF測試給出了一些建議供工程師參考：可采用泰克公司的雙通道信號(hào)發(fā)生器AFG3022B進(jìn)行，以生成4位RFID碼型信號(hào)和同步觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)134.2kHz的RFID接收機(jī)IC進(jìn)行功能測試；利用任意波形和函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生汽車內(nèi)的復(fù)雜信號(hào)環(huán)境，例如對(duì)于倒車?yán)走_(dá)脈沖式噪聲系數(shù)測量，可采用簡便易用的雙通道AFG3252來生成兩個(gè)同步脈沖信號(hào)，為RF放大器供電，在頻譜分析儀上觸發(fā)噪聲系數(shù)測量。

小結(jié)

????? 近年來，中國汽車電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域日益活躍，與以前整車廠商主要直接使用國外成熟的模塊產(chǎn)品相比，很多廠商加大了自主研發(fā)的力度，本土汽車電子設(shè)計(jì)企業(yè)也在積極尋求與整車企業(yè)合作。

????? 然而市場調(diào)研公司的數(shù)據(jù)表明，目前在中國大陸活躍的汽車電子設(shè)計(jì)企業(yè)整體實(shí)力仍然偏弱，在市場排名中前十位僅有一家本土企業(yè)。作為后來者，本土汽車電子設(shè)計(jì)企業(yè)必須加強(qiáng)與領(lǐng)先技術(shù)提供商的合作，以加強(qiáng)產(chǎn)品開發(fā)能力。，目前泰克已與國際和國內(nèi)領(lǐng)先汽車電子設(shè)計(jì)商建立了廣泛的技術(shù)合作。作為領(lǐng)先的測試測量技術(shù)提供商，泰克的儀器儀表將幫助廣大的工程師克服汽車電子的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，滿足生態(tài)（環(huán)境保護(hù)）、更舒適方便和增強(qiáng)安全性的市場需求。