四大測(cè)試分析助汽車滿足新需求
中國(guó)汽車產(chǎn)量已超過(guò)美國(guó)躍居全球第一，未來(lái)5-10年還將保持不斷增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。中國(guó)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1,500萬(wàn)輛。中國(guó)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(zhǎng)安等本土廠商在自主開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新上取得的長(zhǎng)足進(jìn)步帶動(dòng)了中國(guó)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(kāi)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(chǎng)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(wàn)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(lái)越高。“如圖1，汽車電子關(guān)乎目前汽車設(shè)計(jì)的三大市場(chǎng)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)。”他指出。“而局域網(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(chǎng)挑戰(zhàn)引發(fā)更多設(shè)計(jì)熱點(diǎn)
四大測(cè)試分析，一個(gè)也不能少
泰克的專家在演講中強(qiáng)調(diào)，無(wú)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(lè)舒適性的車身及影音娛樂(lè)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(wèn)題；汽車安全系統(tǒng)采用胎壓監(jiān)測(cè)(TPMS)和RFID系統(tǒng)，需要開(kāi)發(fā)和測(cè)量實(shí)時(shí)RF系統(tǒng)，要能夠高效監(jiān)測(cè)汽車操作和狀態(tài)。
(一)局域網(wǎng)測(cè)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(lái)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)榇薪涌诩傻教幚砥?、ASIC、FPGA等器件中，使得連接數(shù)量減少、組件總成本下降。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(cè)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(cè)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(jiǎn)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(jìng)爭(zhēng)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(cè)量、定時(shí)測(cè)量、時(shí)間間隔誤差 (TIE)，并可通過(guò)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(cè)試分析
動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)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(guò)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(cè)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(chǎng)仿真測(cè)試提供了基于信號(hào)源的測(cè)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(cè)試和優(yōu)化。
圖3：利用AFG302xB和AFG3011測(cè)量和優(yōu)化引擎控制單元
針對(duì)汽車電子測(cè)試中完全浮地測(cè)試的特點(diǎn)，泰克的專家建議工程師在測(cè)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(lái)確保消除共模部分的影響。“有時(shí)候我們進(jìn)行單板測(cè)試很順利，但是在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)就出現(xiàn)問(wèn)題，很多時(shí)候都可能是測(cè)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。”
(三)數(shù)字器件分析
在汽車中的電子控制單元、信息娛樂(lè)系統(tǒng)和安全子系統(tǒng)中，越來(lái)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(jiàn)的定時(shí)測(cè)量：事件時(shí)間相隔很遠(yuǎn)——要求在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以高定時(shí)分辨率(高采樣率)采集多條通道(長(zhǎng)記錄長(zhǎng)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(cè)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(kāi)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(lái)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引腳映像到MSO4000或TLA系列邏輯分析儀進(jìn)行測(cè)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(lè)系統(tǒng)音頻總線I2S進(jìn)行譯碼分析。
(四)數(shù)字RF測(cè)試
一些新的安全和監(jiān)測(cè)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(cè)(TPMS)、防盜器、無(wú)鍵輸入系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)組件和系統(tǒng)。RFID的應(yīng)用日益增多，部分在過(guò)去高級(jí)轎車中應(yīng)用的技術(shù)將成為未來(lái)大部分汽車的標(biāo)配，例如今年輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的呼聲日益高漲，監(jiān)測(cè)泰克專家也指出，在倒車?yán)走_(dá)應(yīng)用中，過(guò)去國(guó)內(nèi)汽車廠多采用直接購(gòu)買模塊進(jìn)行應(yīng)用，而現(xiàn)在很多自己開(kāi)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(lái)汽車電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜化、更多具有較強(qiáng)EMI特性的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入汽車電子系統(tǒng)中，這些對(duì)RF的測(cè)試帶來(lái)了挑戰(zhàn)，使用傳統(tǒng)的頻譜分析工具來(lái)對(duì)這些瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。泰克專家對(duì)于汽車RF測(cè)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(cè)試；利用任意波形和函數(shù)發(fā)生器來(lái)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(cè)量，可采用簡(jiǎn)便易用的雙通道AFG3252來(lái)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(cè)量。
本文小結(jié)
近年來(lái)，中國(guó)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(guó)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。
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