2020年02月20日 | 以太网分析、车载总线、CAN位时间测试3个方面解读示波器

本文导读

提起汽车电子行业的通信问题，大家自然会想到CAN、LIN、CANFD、车载以太网等协议。那么工程师在调试这类通信问题的时候，示波器是否拥有相关协议的分析插件就非常关键。这些分析插件是如何协助工程师解决问题的呢？

本文将重点从示波器的以太网分析、车载总线协议解码、CAN位时间测试3个方面来进行描述。

一、以太网分析

目前，车载以太网最重要的应用就是域控制器。除了域控制器、激光雷达这些都需要高带宽和全新的运算架构。另外一点就是降低成本的需求。

如图1所示，为典型的汽车网络架构。

图1 典型的汽车网络架构

像CAN总线一样，以太网也需要类似的多种测试来确保通信等的稳定性。这其中就包括眼图测试、发送抖动、幅值特性、上升下降时间、占空比失真等项目的测试。通过这几项的测试，基本可以判断以太网的性能是否良好。

为了兼顾汽车电子方面的整体测试需求，包括常规的电压电流信号，CAN、LIN等总线测试，以及以太网测试等。ZLG致远电子的ZDS4054 Plus，最新固件支持百兆以太网（100Base-TX）分析功能。

测试需要1块ZTF100B转接板，2条SMA转BNC线，1条平行网线用于接示波器，1条平行或交叉网线用于接被测设备。

如图2所示，为测试时连接图，黄色网线另一端插在示波器背面的网口，黑色网线另一端连接被测以太网端口。

图2 以太网分析测试连接图

图3为100Base-TX的眼图分析测试。

图3 100Base-TX的眼图分析

除了眼图测试，还支持发送抖动测试、幅值特性测试、上升下降时间测试、占空比失真测试。如图4所示。

图4 发送抖动等测试

如图5所示，可使用完整测试功能，完整测试功能包括以上的眼图、发送抖动、幅值特性等。

图5 以太网分析完整测试

整体测试结束后，可导出网页报表，方便工程师做报告记录等使用。如图6、图7所示。

图6 整体测试的网页报表

图7 整体测试的网页报表

二、CAN、LIN、CANFD等常用协议分析

像前面提到的，ZDS4054 Plus除了以太网分析外，汽车电子常用的CAN、LIN、FlexRay、CANFD、SENT等协议的解码也是一一标配。

汽车电子行业对示波器参数和功能的要求：

• 协议解码：兼容所有主流车载通信协议，CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD；

• 大存储深度：不是简单的对一帧波形解码，而是可以完整的监控整个通信的过程；

• 参数测量：需支持波特率、总线负载率等多种参数的测量。

以上三点具体如下：

1、免费标配30余种协议解码：包括汽车电子行业常用的CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD。与业界其他示波器需要付费选配，且普遍只支持一帧波形解码相比， ZDS4054Plus可支持基于512M存储深度的70s CAN波形解码，其大存储可以保证监控整个通信过程，如图8、图9所示。

图8 免费标配30余种协议解码

图9 70s CAN波形解码

2、拥有全存储深度、全协议解码的事件表：可以将512M存储深度下的波形全部进行解码，并且在事件表中显示。事件表可以观察到具体某帧波形的时间、帧类型、IDField、数据等信息，大大方便了我们对于波形的分析。如图10所示为LIN协议的解码。

图10 LIN协议的解码

3、支持CAN总线波特率、负载率测量：ZDS4054 Plus支持51种参数测量，24种同屏显示。唯一直接支持CAN总线波特率、负载率直接测量，所有测量都是经过FPGA全硬件加速，即使512M波形数据测量不到1s即可。如图11所示为CAN总线波特率、平均与瞬时负载率测量。

图11 CAN总线波特率、负载率测量

三、CAN位时间测试

1、为什么要关注CAN总线的位时间？

汽车CAN总线设计规范对于CAN节点的差分信号位时间（即波特率）有着严格规定：同一总线每个节点的信号位时间必须保持较高的一致性，否则节点组合后会出现错误帧，可能导致各节点间无法进行通信。

2、CAN总线的位时间如何测量？

《汽车物理链路层测试标准GMW14241 JUNE 2012》中规定的步骤如下：

• 选择被测DUT合适的条件，使用示波器触发显示波形；

• 测量连续20-30个位的隐性-显性差分电平的边沿时间，平均计算出一个位的时间；

• 至少重复100次，确定最大和最小值。

其中，单帧CAN位时间测试方法如图12所示。

图12 单帧CAN位时间测试方法

3、传统示波器的CAN位时间测试难点

工程师需要在屏幕上从左到右连续至少数20*100=2000个波形，同时需要完成100次手动计算和数据记录，然后最终确定最大值和最小值。

4、ZLG致远电子示波器解决方案

如果你需要测100帧，那就右上角100帧数据跑过去就可以。同时，也可以提前输入对应车厂要求的上限值和下限值模拟车厂验收，如果测试值在要求范围之内，直接给出pass结果，否则fail，如图13所示。

图13 CAN位时间帧数统计及测量结果

测试完成后可对所测试的波形和数据进行导出。导出的“网页报表”文件可使用网页打开，导出的“CSV”文件可使用Excel打开。网页报表导出文件的部分截图如图14所示。

图14 CAN位时间测试结果报告