汽車乙太網認證測試簡介

                                                                                                                                                     

與大多數網絡方案一樣,汽車乙太網需要標準化,以確保供應系統的各個組件之間可靠地傳遞信號。在有協議標準的規範之 下,也必須進行是否符合該標準的測試。這將是詳細介紹汽車乙太網標準的物理媒體附件 (PMA) 方面的認證測試的系列文章中 的第一篇。 在之前的系列文章中,我們已經廣泛介紹了汽車乙太網的基礎知識,因此我們不會在此重複該內容。可以說“汽車乙太網”是 BroadR-Reach(或 OPEN Alliance BroadR-Reach)和 100Base-T1(IEEE 的 802.3bw-2015)的總稱。在任何一種情況下,汽車乙太 網都是專門為車載網絡實現更快的數據通信而定制的。 汽車乙太網路認證測試有多種類別,我們將重點測試電氣信號,以確定產品是否符合電氣發射和接收規範。其他類型的測試包 括物理編碼子層 (PCS) 和 PHY 控制,用以評估協議本身的功能。 PMA、PCS 和 PHY 控制測試在 100Base-T1 規範中有詳細說明。話雖如此,IEEE 並沒有編寫測試規範。例如,規範可能會說抖動 不得超過特定值,但規範並沒有詳細說明如何以高速串行數據領域中的規範所做的方式執行抖動測試。 就其本身而言,新罕布什爾大學的互操作性實驗室 (UNL-IOL) 傳統上編寫了描述他們如何執行認證測試的測試文檔。 OPEN 聯盟 已授權 UNL-IOL 為每組汽車乙太網認證測試創建和維護“測試套件”。這些文檔用作 PMA、PCS 和 PHY 控制合規性的“偽”測 試規範。但由於缺乏真正的測試規範,OEM、一級汽車供應商和 PHY 供應商有責任與測試製造商或測試機構合作,以確保進行 適當級別的測試並正確執行。 物理媒體附件認證測試分為兩組:電氣測量和 PMA 接收測試。在這些關於認證測試的文獻中,我們將仔細研究前一組,尤其 是那些使用示波器執行的測試(一些 MDI 測試是使用向量網絡分析儀完成的)。 為什麼 PHY 驗證很重要? 但是暫時回顧一下,讓我們看看為什麼 PHY Control 認證測試如此重要。 PHY 測試是通常由晶片供應商執行的協議級事務。汽 車 ECU 的 OEM 開發週期很長,因此 OEM 必須在實施前確保 PHY 晶片的性能。 即使 PHY 晶片已通過認證測試,在 PHY 實施後,ECU 也應再次進行認證測試。該測試可以是完整的認證套件或其中的某個子 集。為什麼要對 ECU 重複認證測試?因為在集成過程中,佈局的變化可能會影響電氣規格。因此,在集成 PHY 晶片後驗證設計 非常重要。 

                                                                                                                                                   

此外,符合 100Base-T1 規範並不能保證互操作性。儘管傳輸要求已明確定義,但接收器設計仍由實施者決定。因此,在整個系 統組裝完成後,另一輪測試可確保數據通信穩定且數據包不會被丟棄。 在本系列的下一篇文章中,我們將首先概述五種 100Base-T1 測試模式。 汽車乙太網認證:五種測試模式 繼我們對汽車乙太網認證測試的介紹之後,讓我們繼續概述構成 100Base-T1 協議認證測試套件的五種測試模式。測試模式允許 使用通用模式來測試所有設備的壓力條件。以這種方式進行測試為實現真正的互操作性提供了最大可能。 首先,題外話:在典型的汽車乙太網通道中,電氣認證測試在哪裡進行?參考圖 1,在發送和接收輸出中都有一個 PHY 晶片。 還顯示了低通濾波器、共模扼流圈、連接器和接線。所有這些都在通道的兩端複製。

   

                                            

                                           圖 1:汽車乙太網電氣認證測試在發射器的連接器處定義 


電氣認證測試在變送器的連接器處定義。這就是圖 1 中低通濾波器和共模扼流圈之後的點。通道和連接器建議在另一個文檔中 定義。但是所有的電氣認證測試都將在發射器連接器上進行。 


話雖如此,現在讓我們轉向 100Base-T1 測試模式。同樣,這些測試模式旨在以有利於測試各種問題的方式對設備施加壓力(圖 2)。使用這些相同的測試模式測試所有設備可以讓您有機會實現它們之間的互操作性。 圖 2 中顯示的五種模式都將包含不同的信號條件,例如長串的 1 或減號,或失真,這在實際數據傳輸中通常不會出現。但他們 將很快揭示您的實施可以處理和不能處理的內容。

                                                         

測試模式 #1 檢測到傳輸下降。波形本質上是方波,在規範中定義為 N +1 個符號,後跟 N -1 個符號。對於此測試,符號周期的 持續時間必須至少為 500 ns。在 100 Mb/s 的信號速率下,在該 500 ns 跨度中將傳輸至少 34 個符號。 測試模式 #2 量化了 DUT 主模式中的發射抖動,顯示為正弦波。因此,它只是-1、+1、-1、+1 等的重複序列。它本質上是一個 33.333-MHz 的時鐘信號。 可選的測試模式#3 在肉眼看來與模式#2 無法區分。區別在於測試模式#2 在主模式下執行,而測試模式#3 在 DUT 在從模式下執 行。 失真是測試模式#4 的對象。模式 #4 是符號間隔為 15 ns 的 PAM-3 信號(圖 3)。請注意,有一個模式每 2047 個符號重複一 次,該數字由測試規範中的多項式定義。 

                                          

最後,用於功率譜密度和峰值差分輸出的測試模式#5 與模式#4 非常相似,只是模式#4 具有重複模式,而模式#5 是具有相同符 號間隔 15 ns 的隨機 PAM-3 數據。同樣,模式#4 和#5 之間的肉眼沒有明顯差異。 至於這些測試模式信號的生成,每個 PHY 晶片供應商都採用了一種“後門”方法來修改必要的暫存器以進入每種測試模式。這 些方法通常不是公開可用的,並且這些方法因供應商而異。最好的方法是詢問您的 PHY 供應商如何生成測試模式。 在接下來的文章中,我們將開始更詳細地研究各種汽車乙太網電氣認證測試。 


汽車乙太網 MDI S-parameter 測試 

如前所述,汽車行業具有非常嚴格的 EMC/EMI 要求,所有汽車乙太網標準都旨在確保即使在高 EMI 的情況下也能正常運行。 不僅車輛內所有不同的電子系統可能會產生干擾,而且沒有什麼能阻止您將車輛停在高壓傳輸線下方或其他高 EMI 領域。 出於這個原因,所有汽車乙太網標準都定義了要在介質相關接口 (MDI) 上執行的 S 參數測試。假設是作為所有 Base-T1 傳輸基 礎的單雙絞線可被視為具有一些串擾的平衡差分傳輸線。這是一個非常真實的 S 參數應用,看起來很學術。 在 MDI 參考平面測量兩個混合模式 S 參數。測試確保反射不會造成過多的功率損失,也不會過多的模式轉換為差分信號,以免 破壞 PAM3 編碼信號的信息。


                                             

兩個 MDI S 參數測試中的第一個是 SDD11,它測試由於從端口 1 返回的反射而存在可接受的少量功率損耗。具體來說,它測量 反射的幅度(以 dB 為單位)並將其與定義的限制掩碼。反射表明功率損失,總體上對傳輸不利,因此理想情況下,損失應盡 可能小。如果雙絞線的特性阻抗為 100 歐姆,理想情況下,MDI 處的測量阻抗也應接近 100 歐姆。 兩個 MDI S 參數測試中的第二個是 SDC11,它測試由於從端口 1 返回的反射,存在可接受的少量模式轉換——在這種情況下, 共模信號轉換為差動信號。它本質上是對雜訊容限的測試。與 SDD11 一樣,SDC11 測量值與定義的可接受限值掩碼進行比較。 所需的比率為 60 dB,或 1/1000 的電壓比:對於 10 V 的共模信號注入,不超過 10 mV 的反射差分信號。不僅如此,還可能導致 嚴重的信號中斷和自治系統的故障。


除了測試 DUT,1000Base-T1 標準還要求您測試所使用的治具,以確保它不會對整體模式轉換做出過多信號耗損。 正如我們在前一篇文章中提到的,汽車乙太網設計可能包含低通濾波器 (LPF) 和共模扼流圈 (CMC) 等濾波器,以幫助提高 EMC/EMI 容限。但是,過多的濾波會導致線路上出現過多的下降,這可以通過使用示波器執行的發射機輸出下降測試來解決。 可以使用向量網絡分析儀 (VNA) 或時域反射儀 (TDR) 執行 S 參數測試。 Teledyne LeCroy 解決方案使用 WavePulser 40iX 高速互連 分析儀。 WavePulser 從同一脈衝測量中計算頻域 S 參數和時域阻抗曲線。這樣做的好處是,您不僅可以按照標準要求測量 S 參 數,還可以測量 Base-T1 對的特性阻抗,並使用其 TDR 功能來定位線路中的任何損傷出現不連續的地方。支持 10Base-T1S、 100Base-T1 和 1000Base-T1 的 QualiPHY 軟件選項可自動使用 WavePulser 執行 S 參數測試以及示波器測試,作為完整汽車乙太網 物理層測試解決方案的一部分。 



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2022-07-11