簡(jiǎn)介/ 汽車以太網(wǎng)物理層調(diào)試

車載電子設(shè)備越來越多地使用車載以太網(wǎng)在互連設(shè)備和組件之間傳輸高速串行數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較快，而且聯(lián)網(wǎng)設(shè)備復(fù)雜多變，因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)完整性問題。本文概述了幾個(gè)實(shí)際挑戰(zhàn)，并深入介紹了如何使用示波器識(shí)別和調(diào)試汽車以太網(wǎng)物理層信號(hào)完整性問題。以下是在Inspectron公司進(jìn)行的汽車以太網(wǎng)調(diào)試研究案例，該公司設(shè)計(jì)并制造內(nèi)窺鏡、嵌入式 Linux 系統(tǒng)和攝像檢測(cè)工具。

1汽車以太網(wǎng)硬件調(diào)試配置

汽車以太網(wǎng)信號(hào)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(fù)合信號(hào)中減去自己的向外數(shù)據(jù)部分來辨別出傳入數(shù)據(jù)。如果直接探測(cè)汽車以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線就會(huì)獲得類似總線碰撞的雜亂疊加。為了理解發(fā)送的各個(gè)信號(hào)，可以使用雙向耦合器。

圖1顯示了用于調(diào)試汽車以太網(wǎng)的硬件配置，兩個(gè)被測(cè)汽車以太網(wǎng)設(shè)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(wǎng)攝像頭。來自DUT的雙絞線連接到轉(zhuǎn)接板上，轉(zhuǎn)接板將單個(gè)100歐姆差分線對(duì)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)50歐姆單端SMA連接器。每個(gè)DUT的一對(duì)SMA電纜都連接到校準(zhǔn)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(gè)經(jīng)過校準(zhǔn)和具備軟件增強(qiáng)功能的硬件定向耦合器則將每個(gè)方向的流量分離為單獨(dú)的數(shù)據(jù)流，從而將來自每個(gè)方向的汽車以太網(wǎng)流量隔離開來，以便在示波器上進(jìn)行分析。

圖1

圖1(a)用于調(diào)試汽車以太網(wǎng)設(shè)置的硬件配置包括兩個(gè)DUT、將汽車以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換為SMA的無源夾具，以及校準(zhǔn)過的帶雙向耦合器的有源夾具，以隔離每個(gè)方向的流量。示波器將分析上行和下行流量 (b)測(cè)試裝置框圖

2確定信號(hào)丟失的位置

ROCAM 迷你高清顯示器和樹莓派之間出現(xiàn)了間歇性信號(hào)丟失，捕捉間歇性數(shù)據(jù)傳輸中斷的一種方法是硬件Dropout。在圖2中，如果在200納秒內(nèi)沒有信號(hào)邊沿越過閾值電壓，就會(huì)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(diǎn)在前一個(gè)汽車以太網(wǎng)邊沿右側(cè)的一個(gè)分格處。在重新開始數(shù)據(jù)傳輸之前，信號(hào)丟失了大約 800 納秒。需要注意的是，由于汽車以太網(wǎng) 100Base-T1是三幅度電平(+1、0、-1)的 PAM3信號(hào)，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(hào)完整性(數(shù)據(jù)丟失與"0"符號(hào)混合在一起)，但信號(hào)丟失觸發(fā)位置的放大軌跡顯示出信號(hào)丟失的位置。

圖2

圖2眼圖顯示的是干凈的汽車以太網(wǎng) 100Base-T1信號(hào)，而Dropout觸發(fā)器可識(shí)別和定位信號(hào)丟失事件。

3串行信號(hào)的幅度調(diào)制

異常幅度調(diào)制或基線漂移問題通?？梢酝ㄟ^在高閾值(略高于邏輯 +1電壓電平)上觸發(fā)來捕捉(對(duì)于來自分離差分信號(hào)的同相輸入)。汽車以太網(wǎng)信號(hào)出現(xiàn)間歇性異常幅度調(diào)制，圖 3 展示了將邊沿觸發(fā)設(shè)置在略高于預(yù)期最高電壓電平處捕獲到的一個(gè)實(shí)例。從符號(hào)中心的眼圖截取的垂直切片的紅色直方圖有三個(gè)峰值，顯示三個(gè)電壓電平中最低和最高電平的統(tǒng)計(jì)分布不對(duì)稱;這是由于信號(hào)的間歇性異常幅度調(diào)制造成的。波形下方的眼圖測(cè)量參數(shù)表也顯示出上下眼圖的眼圖寬度不對(duì)稱。

圖3

圖3右下方的三個(gè)紅色柱狀圖顯示了間歇性異常幅度調(diào)制導(dǎo)致的眼圖不對(duì)稱，邊沿觸發(fā)器設(shè)置到高電壓閾值，捕捉到異常幅度調(diào)制的一個(gè)實(shí)例

4信號(hào)幅度間歇性降低

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)故障，即信號(hào)幅度會(huì)降低到預(yù)期的50%，這個(gè)問題最初是通過眼圖檢測(cè)到的，其中眼圖出現(xiàn)了塌陷。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題發(fā)生的位置，設(shè)置了一個(gè)閾值電平約為汽車以太網(wǎng)信號(hào)幅度80%的信號(hào)dropout觸發(fā)器。當(dāng)信號(hào)下降到幅度的一半時(shí)，dropout觸發(fā)器就會(huì)捕捉到這一事件，并顯示出發(fā)生點(diǎn)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(shí)域波形的信號(hào)完整性很差，這也體現(xiàn)在眼圖上。

圖4

圖4使用閾值設(shè)置為波形幅度約80%的 Dropout觸發(fā)器捕捉汽車以太網(wǎng)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(hào)的信號(hào)完整性很差。

5應(yīng)對(duì)真實(shí)的汽車以太網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景

汽車以太網(wǎng)設(shè)計(jì)中的物理層問題可能難以發(fā)現(xiàn)、難以檢測(cè)。本文概述了在實(shí)施汽車以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)過程中出現(xiàn)的幾種實(shí)際情況，并介紹了用于識(shí)別每種類型問題及其發(fā)生時(shí)間的具體技巧。這是通過結(jié)合使用觸發(fā)、放大、眼圖、統(tǒng)計(jì)分布和測(cè)量參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

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特勵(lì)達(dá)力科（Teledyne Lecroy）是高端示波器、協(xié)議分析儀和其他測(cè)試儀器的專業(yè)制造商，可快速全面地驗(yàn)證電子系統(tǒng)的性能和合規(guī)性，并進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試分析。

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