汽車(chē)四大測試分析

　　中心議題：

　　         汽車(chē)測試分析

　　解決方案：

　        　數字RF測試

　　        動(dòng)力系統測試分析

　            數字器件分析

　        　數字RF測試

　　中國汽車(chē)產(chǎn)量已超過(guò)美國躍居全球第一，未來(lái)5-10年還將保持不斷增長(cháng)的態(tài)勢。中國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )預計，2010年汽車(chē)產(chǎn)量增速在10%左右，有望達到1500萬(wàn)輛。中國目前已涌現不少知名的企業(yè)，包括汽車(chē)制造商、模塊化系統供應商和元器件供應商、電子設備商等，特別是一汽、二汽、比亞迪、奇瑞、吉利、航盛、長(cháng)安等本土廠(chǎng)商在自主開(kāi)發(fā)和創(chuàng )新上取得的長(cháng)足進(jìn)步帶動(dòng)了中國汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

　　然而，面對日益復雜的汽車(chē)設計需求，特別是要推出中高端和商用的新能源汽車(chē)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(zhuān)家曾在不久前舉辦的一場(chǎng)汽車(chē)電子技術(shù)論壇上以擁有“100多個(gè)ECU、軟件代碼已經(jīng)達到700萬(wàn)行”的豐田L(fēng)exus460汽車(chē)為例，強調了電子部件在汽車(chē)特別是高端汽車(chē)中所占據的比例越來(lái)越高。“如圖1，汽車(chē)電子關(guān)乎目前汽車(chē)設計的三大市場(chǎng)挑戰，即如何滿(mǎn)足生態(tài)(環(huán)境保護)、更舒適方便和增強安全性的要求，而圍繞解決這些挑戰的系統和子系統正是目前汽車(chē)電子設計的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。”他指出。“而局域網(wǎng)、動(dòng)力系統、電子控制單元和數字RFID的應用在改善汽車(chē)生態(tài)學(xué)、安全性和舒適性方面扮演了重要的角色。

　　四大測試分析，一個(gè)也不能少

　　泰克的專(zhuān)家在演講中強調，無(wú)論對于需要改善燃油效率或采用新能源的動(dòng)力傳動(dòng)系統，還是有助于提升駕車(chē)和娛樂(lè )舒適性的車(chē)身及影音娛樂(lè )系統，抑或制動(dòng)、轉向等安全駕駛系統，局域網(wǎng)(LAN)的使用量正不斷提高，以實(shí)現傳動(dòng)控制、車(chē)身控制或各種線(xiàn)控操作(X-by-wirecontrol);由于需要提高汽車(chē)的能耗效率，因此汽車(chē)的引擎控制單元和電源系統變得更加復雜，而混合動(dòng)力和清潔燃料柴油機技術(shù)要求高級電子控制系統，以保證安全及環(huán)保;利用電子控制單元(ECU)控制基本汽車(chē)系統和非基本汽車(chē)系統正成為新的行業(yè)標準，這些ECU基于數字技術(shù)(MCU、FPGA等器件)，要求更深入地了解復雜的定時(shí)和信號完整性問(wèn)題;汽車(chē)安全系統采用胎壓監測(TPMS)和RFID系統，需要開(kāi)發(fā)和測量實(shí)時(shí)RF系統，要能夠高效監測汽車(chē)操作和狀態(tài)。

　　(一)局域網(wǎng)測試分析

　　泰克的專(zhuān)家在演講中闡述到，汽車(chē)設計中正集成各種串行數據技術(shù)和應用來(lái)實(shí)現LAN，如CAN、LIN、MOST和FlexRay。串行通信可改善電路板設計，因為串行接口集成到處理器、ASIC、FPGA等器件中，使得連接數量減少、元件總成本下降。最終汽車(chē)設計通常包含多個(gè)串行標準、混合信號、混合數據速率、單端信號和差分信號，這就需要一種集大成且易用的高品質(zhì)測試分析解決方案，以完成信號之間定時(shí)、信號完整性測試分析和調試。

　　對于汽車(chē)中常用的CAN、LIN這類(lèi)低速串行總線(xiàn)的調試，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記功能，可在事件表顯示解碼后的帶有時(shí)間標記的CAN消息幀，這一功能是其他競爭性產(chǎn)品所不具備的。

　　對于方興未艾的高速差分串行總線(xiàn)FlexRay，DPO/MSO4000系列也提供調試解決方案。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估物理層性能，包括眼圖分析、同步測量、定時(shí)測量、時(shí)間間隔誤差(TIE)，并可通過(guò)USB或以太網(wǎng)與外部計算機一起運行。

　　(二)動(dòng)力系統測試分析

　　動(dòng)力系統無(wú)疑是汽車(chē)的心臟，而與動(dòng)力系統相關(guān)的電子電路的高質(zhì)量穩定運行將很大程度上決定整車(chē)的性能表現，其中既包括通過(guò)ECU實(shí)現的電子控制部分，還包括汽車(chē)電源電路，特別是新能源汽車(chē)。

　　汽車(chē)ECU根據放在汽車(chē)各處的傳感器傳回的數據實(shí)時(shí)計算信息，確定最佳的引擎控制參數值。由于ECU內置到汽車(chē)引擎室中，噪聲環(huán)境更加惡劣，同時(shí)由于對更高頻率的分析需求也在不斷上升，特別是對微秒級、毫秒級以及甚至納秒級瞬態(tài)信號或尖峰的抗擾能力，對傳統示波器和探頭分析納秒級的高頻噪聲提出了挑戰。泰克專(zhuān)家建議降低測量系統的電氣負荷，包括使用低輸入電容的差分探頭。泰克專(zhuān)家還針對部分工程師希望利用信號源進(jìn)行動(dòng)力系統電子控制單元現場(chǎng)仿真測試提供了基于信號源的測試方法，例如利用AFG3000系列函數信號發(fā)生器仿真各種汽車(chē)傳感器信號,如壓力、溫度、速度、旋轉和角度位置，對汽車(chē)應用中的引擎控制單元進(jìn)行功能測試和優(yōu)化。

　　汽車(chē)電源電路的測試與其他電子系統上的電源測試類(lèi)似，需要進(jìn)行包括開(kāi)關(guān)損耗、傳導損耗、平均功率損耗以及安全工作區(SOA)在內的主要性能測試。目前，業(yè)界已經(jīng)具有完整、方便易用的電源測試解決方案，例如泰克公司就提供了業(yè)內最完整的集成電源分析解決方案DPO4PWR和DPO3PWR電源分析應用模塊，可實(shí)現開(kāi)關(guān)損耗測量、安全工作區、諧波、波紋、調制、轉換速率等全面的測試，并能實(shí)現自動(dòng)測量功能，可極大地簡(jiǎn)化汽車(chē)電源應用的功率分析工作。

　　針對汽車(chē)電子測試中完全浮地測試的特點(diǎn)，泰克的專(zhuān)家建議工程師在測試中采用相對價(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)行單板測試很順利，但是在系統中運行時(shí)就出現問(wèn)題，很多時(shí)候都可能是測試時(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)電壓測量，其輸入電容小于1pF，而且具有業(yè)內獨有的探頭可編程控制特性，適合于自動(dòng)測試系統的實(shí)現。”

　　(三)數字器件分析

　　在汽車(chē)中的電子控制單元、信息娛樂(lè )系統和安全子系統中，越來(lái)越多的使用MCU、FPGA等數字IC，形成了各種嵌入式系統。泰克的專(zhuān)家分析指出，與需要用邏輯分析儀進(jìn)行多條通道、復雜觸發(fā)、條件存儲、反匯編、源代碼級軟件調試的CPU不同，對于MCU和FPGA的調試，一臺性能優(yōu)良、功能配置齊全的混合信號示波器(MSO)就足夠了。

　　以下是嵌入式系統中兩種常見(jiàn)的定時(shí)測量：事件時(shí)間相隔很遠——要求在長(cháng)時(shí)間內以高定時(shí)分辨率(高采樣率)采集多條通道(長(cháng)記錄長(cháng)度);數字狀態(tài)跳變——要求在短時(shí)間內捕獲信號，但定時(shí)分辨率要非常高。實(shí)時(shí)MSO，如采用MagniVu應用模塊的MSO4000，就特別適合監測隨時(shí)間變化情況。另外，MSO4000的16個(gè)數字通道可以分別設置電平，可以在一個(gè)設計中使用不同的邏輯類(lèi)型，并可在多條通道中觸發(fā)建立時(shí)間/保持時(shí)間違規。

　　對于FPGA的調試挑戰，泰克專(zhuān)家列舉了以下幾點(diǎn)：1.設計規格和復雜程度日益提高、接入內部信號受限;2、上市時(shí)間壓力迫使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和調試周期日益縮短;3、在FPGA中增加調試電路會(huì )影響設計性能和占用寶貴的芯片空間等等。

 

　　泰克公司提供了經(jīng)濟高效的FPGA實(shí)時(shí)邏輯調試解決方案來(lái)應對這些挑戰：MSO4000混合信號示波器或TLA系列邏輯分析儀(>v4.3)+FS2FPGAView控制軟件，配套FPGA廠(chǎng)商的復用器和JTAG電纜，可4步輕松完成：創(chuàng )建接口模塊-->為調試環(huán)境配置FPGAView-->將FPGA引腳映射到MSO4000或TLA系列邏輯分析儀-->進(jìn)行測量。

　　另外，泰克公司還提供了DPOxAudio音頻分析模塊，可對車(chē)載娛樂(lè )系統音頻總線(xiàn)I2S進(jìn)行譯碼分析。

　　(四)數字RF測試

　　一些新的安全和監測系統技術(shù)將RFID廣泛地應用于在汽車(chē)電子系統中，如胎壓監測(TPMS)、防盜器、無(wú)鍵輸入系統、倒車(chē)雷達元件和系統。RFID的應用日益增多，部分在過(guò)去高級轎車(chē)中應用的技術(shù)將成為未來(lái)大部分汽車(chē)的標配，例如今年輪胎氣壓監測系統強制性標準立項的呼聲日益高漲，監測泰克專(zhuān)家也指出，在倒車(chē)雷達應用中，過(guò)去國內汽車(chē)廠(chǎng)多采用直接購買(mǎi)模塊進(jìn)行應用，而現在很多自己開(kāi)始設計，將必然促進(jìn)在更多汽車(chē)中的廣泛應用。

　　如前文所述，近年來(lái)汽車(chē)電子系統越來(lái)越復雜化、更多具有較強EMI特性的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入汽車(chē)電子系統中，這些對RF的測試帶來(lái)了挑戰，使用傳統的頻譜分析工具來(lái)對這些瞬態(tài)信號進(jìn)行測試。泰克專(zhuān)家對于汽車(chē)RF測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發(fā)生器AFG3022B進(jìn)行，以生成4位RFID碼型信號和同步觸發(fā)信號，實(shí)現對134.2kHz的RFID接收機IC進(jìn)行功能測試;利用任意波形和函數發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生汽車(chē)內的復雜信號環(huán)境，例如對于倒車(chē)雷達脈沖式噪聲系數測量，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，為RF放大器供電，在頻譜分析儀上觸發(fā)噪聲系數測量。

　　近年來(lái)，中國汽車(chē)電子設計領(lǐng)域日益活躍，與以前整車(chē)廠(chǎng)商主要直接使用國外成熟的模塊產(chǎn)品相比，很多廠(chǎng)商加大了自主研發(fā)的力度，本土汽車(chē)電子設計企業(yè)也在積極尋求與整車(chē)企業(yè)合作。然而市場(chǎng)調研公司的數據表明，目前在中國大陸活躍的汽車(chē)電子設計企業(yè)整體實(shí)力仍然偏弱，在市場(chǎng)排名中前十位僅有一家本土企業(yè)。作為后來(lái)者，本土汽車(chē)電子設計企業(yè)必須加強與領(lǐng)先技術(shù)提供商的合作，以加強產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。