美国力科汽车以太网测试解决方案

目前的汽车越来越网络化，智能化，不断革新的ADAS技术，高品质的车载影音娱乐系统，结合大数据、云计算的自动驾驶技术，这些新技术的应用推动了对车载网络容量需求的爆发式增长，远远超过了传统汽车总线CAN\LIN的能力，需要新的汽车网络总线，在这个背景下，汽车以太网获得了飞速的发展。



图 1 汽车以太网处理丰富的功能

“汽车以太网”指用于车载电气系统的任何基于以太网的网络方案，它还可作为BroadR-Reach（或OPEN Alliance BroadR-Reach）和100base-T1（IEEE 802.3bw-2015）的统称，在任何一种情况下，汽车以太网都经过专门定制的，可实现车载网络的更快数据通信。
除了高带宽之外，今天的车辆最好提供可扩展、面向未来的开放式网络架构，并且可以支持多个系统和设备。车载网络不应妨碍产品上市，布线应该经济且相对轻便。此外，车载网络必须在温度范围，功耗和可靠性方面满足严格的行业标准。

上面提到的许多要求超出了传统的100 / 1000base-T以太网，它们在汽车中的使用非常有限，传统以太网标准适合企业级、商业级和消费级应用，它提供更长的覆盖范围，是一种屏蔽的四对电缆，这对于汽车市场来说太重了。

实际上，一些特定的挑战推动了对汽车以太网的要求，首先，操作环境相当苛刻，车身温度范围为-40°C至85°C，底盘和动力传动系统温度范围为125°C，机械限制包括在车身和驾驶室内加速高达4G，机械坚固性是必须的，不希望每次遇到坑洞时电缆连接都会失效。

汽车以太网的优势

让我们看一下与其他在汽车环境中使用的一些协议相比，使用此协议的一些优势。与LIN（19.2 kb / s），CAN FD（15 Mb / s），FlexRay（10 Mb / s）和MOST（25、50或150 Mb / s）等协议相比，汽车以太网提供更高带宽的数据传输， LIN协议实际上只能用于控制车身电子设备（如车窗或车灯）等极低带宽应用。

CAN或CAN FD提供15 Mb / s范围内的灵活数据速率，但仍限于相对低带宽的应用，FlexRay也是如此，它通过其并行数据线提供冗余优势，如果一条线路损坏，另一条线路可以接管其功能，因此，它可用于安全或其他关键功能，如转向或制动控制。

MOST是一种信息娱乐标准，数据速率可为25、50和150 Mb / s，后者的总带宽高于100 Mb / s的汽车以太网。但一个关键的区别是MOST的150 Mb / s带宽是在环形拓扑网络中共享，而每个专用的汽车以太网链路提供完整的100 Mb / s带宽（图2）。因此，汽车以太网提供比大多数常见的汽车串行数据标准更高的带宽，由于它依靠单对非屏蔽双绞线传输，因此它还提供了低成本的布线方案，布线重量比屏蔽布线小约30％，连接成本节省约80％。





图2 MOST环形组网

汽车以太网满足严格的EMC和EMI要求以及汽车应用领域的温度等级要求，最后一个好处是，以太网堆栈上层的所有软件接口都与标准以太网完全相同。如果您以前曾经使用过以太网，那么您可能已经拥有了所有的软件和测试工具。

汽车以太网的测试

有各种不同类别的汽车以太网测试，以示波器为中心的电信号测试在物理媒介附件（PMA）测试组中定义。这些测试确定产品是否符合BroadR-Reach或IEEE 802.3bw规范中规定的电气发射机和接收机规范。

在物理编码子层（PCS）和PHY控制规范中可以找到专注于协议本身功能的其他测试，可以在此处发送命令并验证设备是否已正确响应，PCS发送/接收、状态图、编码/解码以及加扰/解扰是这些测试所涉及的一些领域。测试规范还为其他元素提供了建议，例如共模扼流圈，EMC和通信通道本身。

让我们转向讨论汽车以太网的一致性测试，100base-T1（IEEE 802.3bw）规范包括PMA，PCS和PHY控制的一致性要求，但IEEE的规范本身并不包含测试规范，New Hampshire University InterOperability实验室于2016年11月举办了第一届100base-T1插拔大会，并编写了描述如何进行一致性测试的测试文档，最终，由OEM、PHY供应商或一级供应商与测试设备制造商或测试机构合作，以确定产品是否符合规范。

为什么PHY合规性很重要？主要原因是OEM的车辆ECU的开发周期很长, 因此，稳健的做法是确保设计的PHY芯片在组成系统之前满足规范的要求，一旦PHY芯片已集成到ECU中，系统本身也必须进行合规性测试，在评估板上测试芯片是一回事，但在系统上测试则是另一回事，ECU板布局是否正确？也许，或许不是， PHY芯片的行为是否会在ECU板的环境中发生变化？通过测试系统的合规性，将可以回答这些问题。

请记住，遵守100base-T1规范并不能保证互操作性，对于PCI Express或USB，当您的产品通过合规性测试时，它可以使用协议的logo，并且可以期望与同样通过测试的所有其他产品实现互操作性。然而，虽然100base-T1规范提供了明确定义的发送器要求，但接收器的实现仍由设计人员完成。

BroadR-Reach和100base-T1的PHY一致性测试包括：
• Maximumtransmitter output droop
• Transmitterclock frequency
• Transmittertiming master jitter
• Transmittertiming slave jitter
• Transmitterdistortion
• Transmitterpower spectral density (PSD)
对于100base-T1，需要增加一项测试：
• Transmitterpeak differential output

InterOperability实验室编写的测试文档涵盖了测试设备要求，汽车以太网的100 Mb / s需要带宽至少为1 GHz的示波器，采样率至少为2GS / s（图3），力科建议采样速率为10 GS / s，以确保对抖动测量进行10倍过采样，随着1000base-T1规范的出现，带宽需求将上升到2.5GHz范围。



图3 力科测试方案
此外，建议用于测试的示波器具有执行频谱分析的能力。如果做不到这一点，建议用频谱分析仪补充示波器，对于发射机distortion测试，需要一个能够产生5.4 Vpk-pk差分正弦波的正弦波发生器，频率约为11.11 MHz。除此之外，您还需要两根BNC电缆和两根BNC-to-SMA适配器，以便将这些信号输入以太网测试夹具，简短的汽车以太网电缆可将DUT MDI输出的任何接口转换为RJ-45连接器。这反过来允许您插入以太网测试夹具，从那里信号进入示波器。