簡介/ 汽車以太網物理層調試

車載電子設備越來越多地使用車載以太網在互連設備和組件之間傳輸高速串行數據。由于數據傳輸速率相對較快，而且聯網設備復雜多變，因此經常會出現信號完整性問題。本文概述了幾個實際挑戰(zhàn)，并深入介紹了如何使用示波器識別和調試汽車以太網物理層信號完整性問題。以下是在Inspectron公司進行的汽車以太網調試研究案例，該公司設計并制造內窺鏡、嵌入式 Linux 系統(tǒng)和攝像檢測工具。

1汽車以太網硬件調試配置

汽車以太網信號路徑是雙向的(一根雙絞線上的全雙工)，因此硬件收發(fā)器必須能夠通過從復合信號中減去自己的向外數據部分來辨別出傳入數據。如果直接探測汽車以太網數據線就會獲得類似總線碰撞的雜亂疊加。為了理解發(fā)送的各個信號，可以使用雙向耦合器。

圖1顯示了用于調試汽車以太網的硬件配置，兩個被測汽車以太網設備(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攝像頭。來自DUT的雙絞線連接到轉接板上，轉接板將單個100歐姆差分線對轉換為兩個50歐姆單端SMA連接器。每個DUT的一對SMA電纜都連接到校準過的有源夾具(Teledye LeCroy TF-AUTO-ENET)上。該夾具保持不間斷的通信鏈路，而兩個經過校準和具備軟件增強功能的硬件定向耦合器則將每個方向的流量分離為單獨的數據流，從而將來自每個方向的汽車以太網流量隔離開來，以便在示波器上進行分析。

圖1

圖1(a)用于調試汽車以太網設置的硬件配置包括兩個DUT、將汽車以太網轉換為SMA的無源夾具，以及校準過的帶雙向耦合器的有源夾具，以隔離每個方向的流量。示波器將分析上行和下行流量 (b)測試裝置框圖

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了間歇性信號丟失，捕捉間歇性數據傳輸中斷的一種方法是硬件Dropout。在圖2中，如果在200納秒內沒有信號邊沿越過閾值電壓，就會觸發(fā)示波器。以200ns/div縮放的兩條放大軌跡顯示了觸發(fā)點在前一個汽車以太網邊沿右側的一個分格處。在重新開始數據傳輸之前，信號丟失了大約 800 納秒。需要注意的是，由于汽車以太網 100Base-T1是三幅度電平(+1、0、-1)的 PAM3信號，因此眼圖中包含超過 192,000 比特的眼圖仍然顯示出良好的信號完整性(數據丟失與"0"符號混合在一起)，但信號丟失觸發(fā)位置的放大軌跡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 100Base-T1信號，而Dropout觸發(fā)器可識別和定位信號丟失事件。

3串行信號的幅度調制

異常幅度調制或基線漂移問題通常可以通過在高閾值(略高于邏輯 +1電壓電平)上觸發(fā)來捕捉(對于來自分離差分信號的同相輸入)。汽車以太網信號出現間歇性異常幅度調制，圖 3 展示了將邊沿觸發(fā)設置在略高于預期最高電壓電平處捕獲到的一個實例。從符號中心的眼圖截取的垂直切片的紅色直方圖有三個峰值，顯示三個電壓電平中最低和最高電平的統(tǒng)計分布不對稱;這是由于信號的間歇性異常幅度調制造成的。波形下方的眼圖測量參數表也顯示出上下眼圖的眼圖寬度不對稱。

圖3

圖3右下方的三個紅色柱狀圖顯示了間歇性異常幅度調制導致的眼圖不對稱，邊沿觸發(fā)器設置到高電壓閾值，捕捉到異常幅度調制的一個實例

4信號幅度間歇性降低

在調試過程中發(fā)現了一個故障，即信號幅度會降低到預期的50%，這個問題最初是通過眼圖檢測到的，其中眼圖出現了塌陷。為了及時發(fā)現問題發(fā)生的位置，設置了一個閾值電平約為汽車以太網信號幅度80%的信號dropout觸發(fā)器。當信號下降到幅度的一半時，dropout觸發(fā)器就會捕捉到這一事件，并顯示出發(fā)生點的幅度下降情況。在捕獲的原始波形上疊加的放大波形顯示時域波形的信號完整性很差，這也體現在眼圖上。

圖4

圖4使用閾值設置為波形幅度約80%的 Dropout觸發(fā)器捕捉汽車以太網幅度降低的發(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。

5應對真實的汽車以太網應用場景

汽車以太網設計中的物理層問題可能難以發(fā)現、難以檢測。本文概述了在實施汽車以太網網絡過程中出現的幾種實際情況，并介紹了用于識別每種類型問題及其發(fā)生時間的具體技巧。這是通過結合使用觸發(fā)、放大、眼圖、統(tǒng)計分布和測量參數來實現的。

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特勵達力科（Teledyne Lecroy）是高端示波器、協(xié)議分析儀和其他測試儀器的專業(yè)制造商，可快速全面地驗證電子系統(tǒng)的性能和合規(guī)性，并進行復雜的調試分析。

1964 年成立以來，公司一直專注于將強大的工具整合到創(chuàng)新產品中，以提高“洞察時間”。更快的洞察時間使用戶能夠快速查找和修復復雜電子系統(tǒng)中的缺陷，從而顯著縮短產品的上市時間。