泰克示波器汽车以太网应用指南：查看真实信号

随着汽车行业加快转向汽车以太网技术，全方位设计验证对保证多个 ECU 之间的互操作能力和可靠运行至关重要。本应用指南介绍了汽车以太网、全双工通信、隔离主信号与从信号的需求、信号分隔测试方法，以及当前定向耦合器插入方法与泰克新型信号隔离方法比较。

汽车以太网概念是由 OPEN 联盟 SIG 提出来的，也叫IEEE 802.3bw ( 原 BroadR-Reach)，是为汽车联网应用设计的一种以太网物理层标准，如高级安全功能、舒适和信息娱乐功能。通过汽车以太网，多个车载系统可以经过一条非屏蔽单绞线电缆同时访问信息。对汽车制造商来说，这一技术降低了联网成本和线缆重量，同时提高了信号带宽。为实现更高的信号带宽，汽车以太网在双绞线电缆上采用全双工通信链路，支持同时收发功能及 PAM3 信令。采和 PAM3 实现全双工通信，可能会令查看汽车以太网业务及信号完整性测试变得非常复杂。

OPEN 联盟为元器件、信道和互操作能力制订了汽车以太网测试规范。测试系统整合了电子控制单元(ECU)、连接器和非双绞线电缆。测试要求系统在车内苛刻的环境条件和噪声条件下工作。为此，用户必需能够在系统级表征和查看信号完整性和业务，才能执行可靠性测试。
客户需要在系统级进行信号完整性测试的应用实例有：
 

TC8 信号质量测试
ECU 元器件表征和测试
汽车以太网电缆、连接器、电缆长度和路由表征和测试
电磁噪声或高斯噪声测试
大电流注入测试
生产单元测试
汽车系统对汽车以太网性能的影响
- DC 马达开 / 关
- 发动机开 / 关
汽车以太网系统调试

全双工通信和测试挑战

如前所述，全双工通信及 PAM3 信令为在真实世界条件下验证 ECU 增加了复杂度。大多数串行标准都在单工模式下工作，一次只有一台设备通信，有些通信标准对发送和接收使用一条单独的链路，而在汽车以太网中，主设备和从设备可以通过同一条链路同时通信。( 参见图 1)
因此，来自主设备的信号与来自从设备的信号相互叠加。主设备知道它发送的是哪些数据，它可以从叠加的信号中确定从设备的信号，反之亦然。尽管收发机是为处理这种情况而设计的，但在示波器上隔离信号，进行信号完整性测试或协议解码几乎是不可能的。



为了在链路上进行信号完整性分析，使用示波器在实际系统环境中进行协议解码，汽车设计人员必需分开查看每条链路，用户必须先把信号分开，然后再进行分析。
应该指出的是，好在汽车整合阶段执行信号完整性测试，选择电缆，检查 ECU 在电磁噪声条件下的性能，确定优的电缆长度和路由等。对这类分析，可以把眼图测试作为非常重要的工具，来查看系统健康状况，我们在后面将对此展开讨论。
 

分隔汽车以太网 PAM3 信号
目前，有两种方法把主信号与从信号分开。第一种是传统方法，要求用户断开或剪断汽车以太网电缆，插入定向耦合器来分隔和测试信号。这种方法在以小干扰实现准确测试方面本身存在着缺陷。第二种方法也就是泰克信号分隔方法，这是一种新方法，采用先进的软件和探头，非插入式分隔信号，用户可以更清楚地查看真实的信号。这种方法克服了传统定向耦合器方法的缺点。下面我们将讨论并比较这两种方法。

定向耦合方法
如前所述，定向耦合器方法要求断开汽车以太网电缆，手入定向耦合器分隔信号。在系统级剪断电缆并不是一件易事，因此这种方法并不适合进行系统级测试。
通过这种方法，用户可以查看主信号和从信号，但它引入了插损和回损，很难确定错误是系统引起的，还是新增硬件引起的。此外，尽管我们可能能够消除定向耦合器的影响，但反嵌可能会放大系统中的噪声，影响测量和表征精度。

我们使用的设置包括把汽车以太网转换到 SMA 连接器的夹具、定向耦合器、把 SMA 转换到汽车以太网电缆的夹具。

眼图显示了在安装定向耦合器后插损和回损对汽车以太网信号的影响。大幅度是 100 mVpp，因为定向耦合器采用定向原理工作。插损和回损结果使眼图闭合。直到近，定向耦合器方法一直是默认的汽车以太网测试方法，因为之前一直没有泰克基于软件的信号分隔测试方法。