為什么汽車(chē)電子行業(yè)的工程師偏愛(ài)這款示波器？

　　張涵予說(shuō)，你選擇的車(chē)，讓別人看到你的樣子，你的經(jīng)歷，甚至你的未來(lái)。對于汽車(chē)電子行業(yè)的工程師來(lái)說(shuō)，選擇一款稱(chēng)手的示波器也是如此。今天來(lái)聊如何用示波器盡可能地“侵入”汽車(chē)內部?

　　如今，汽車(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)生活中最主要的交通工具?？粗?zhù)大街上擁堵的汽車(chē)，各大廠(chǎng)商各顯其招。將當下最熱門(mén)的物聯(lián)網(wǎng)應用于汽車(chē)上，也就是“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”。例如國內互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里巴巴聯(lián)手上汽，將其萬(wàn)物互聯(lián)的概念覆蓋到汽車(chē)領(lǐng)域。

　　就目前來(lái)說(shuō)，大多廠(chǎng)商的“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”僅是基于傳統的OBD接口作為獲取車(chē)載狀態(tài)的接入點(diǎn)。并不能獲取汽車(chē)的所有通信數據。那么汽車(chē)電子行業(yè)真正的測試需求是什么，或者說(shuō)我們通過(guò)什么去真正的“侵入”汽車(chē)內部?

　　一、從車(chē)用總線(xiàn)說(shuō)起

　　在汽車(chē)的通信過(guò)程中，大家最熟悉的應該是CAN總線(xiàn)。除了CAN總線(xiàn)外，還有以下幾種。接下來(lái)，我們一一來(lái)看。

　　1. CAN(Controller AreaNetwork):CAN 控制器局域網(wǎng)絡(luò )，已經(jīng)成為一種國際標準，其芯片類(lèi)型達到上百種。具有高可靠性和良好的錯誤檢測能力，所以在汽車(chē)和嵌入式領(lǐng)域應用廣泛。

　　CAN的協(xié)議結構中物理層、數據鏈路層已經(jīng)由硬件實(shí)現，目前都已經(jīng)標準化，有現成的部件(CAN控制器和收發(fā)器)選擇。因此在單片機上加上CAN控制器、收發(fā)器，軟件實(shí)現相應的驅動(dòng)程序就基本實(shí)現了CAN的通訊功能。

　　2.LIN(Local Interconnect Network )總線(xiàn)：其易于實(shí)施、成本低、可應用在對實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。例如車(chē)燈、車(chē)門(mén)、座椅和雨刷之類(lèi)的控制是其應用領(lǐng)域，它作為CAN網(wǎng)絡(luò )的有效補償，最大的優(yōu)勢在于成本低。首先主要是因為它采取UART的數據格式，所以無(wú)需獨立的控制器，在UART上以軟件實(shí)現即可。LIN總線(xiàn)在汽車(chē)上的使用如圖1所示。

　　圖1 LIN總線(xiàn)在汽車(chē)上的使用

　　3. FlexRay：是一種較新型的通信通信協(xié)議，傳播速度比CAN和LIN更快，可靠性也更高，但其成本也更貴。FlexRay的缺點(diǎn)：其電氣特性導致網(wǎng)絡(luò )長(cháng)度會(huì )受到限制。FlexRay的實(shí)際產(chǎn)品只有應用在寶馬、奧迪、奔馳上。2009底，FlexRay的聯(lián)盟解散。協(xié)議應用的廣泛性遠不如前兩者。

　　4. CAN FD(CAN with Flexible Data rate)： 在汽車(chē)領(lǐng)域，隨著(zhù)人們對數據傳輸帶寬要求的增加，傳統的CAN總線(xiàn)由于帶寬的限制難以滿(mǎn)足這種增加的需求。此外為了縮小CAN網(wǎng)絡(luò )(max. 1MBit/s)與FlexRay(max.10MBit/s)網(wǎng)絡(luò )的帶寬差距，BOSCH公司推出了CAN FD 。

　　CAN FD繼承了CAN總線(xiàn)的主要特性，同時(shí)CAN FD總線(xiàn)彌補了CAN總線(xiàn)帶寬和數據場(chǎng)長(cháng)度的制約，CAN FD總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)的區別主要在可變速率和新的數據場(chǎng)長(cháng)度兩方面。其數據幀幀格式如圖2所示.。

　　圖2 CAN FD數據幀幀格式

　　5.SENT(Single Edge Nibble Transmission)：一種點(diǎn)對點(diǎn)的、單向傳輸的方案，被用來(lái)在汽車(chē)中的傳感器和電子控制單元(ECU)之間傳輸高清傳感器數據。

　　SENT(SAE J2716) 為汽車(chē)傳感器新型接口標準,較模擬輸出和PWM 輸出相比，具有很好的EMC特性，節省線(xiàn)束，節省插針結頭的低成本方案,并且能傳輸故障代碼從而使傳感器系統具有很強的故障診斷能力。SENT 將在局部系統中廣泛取代CAN和LIN。

　　對于以上通信協(xié)議，我們常用的測試工具為示波器，那么要做到準確測試，需要一款怎樣的示波器?

　　二、汽車(chē)電子行業(yè)對示波器參數和功能的要求

　　1)協(xié)議解碼：兼容所有主流車(chē)載通信協(xié)議，CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD;

　　2)大存儲深度：不是簡(jiǎn)單的對一幀波形解碼，而是可以完整的監控整個(gè)通信的過(guò)程;

　　3)參數測量：需支持波特率、總線(xiàn)負載率等多種參數的測量。

　　三、為什么要選了ZDS4054Plus?

　　1)免費標配30余種協(xié)議解碼：包括汽車(chē)電子行業(yè)常用的CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD。與業(yè)界其他示波器需要付費選配，且普遍只支持一幀波形解碼相比， ZDS4054Plus可支持基于512M存儲深度的70s CAN波形解碼，其大存儲可以保證監控整個(gè)通信過(guò)程，如圖3、圖4所示。

　　圖3 免費標配30余種協(xié)議解碼

　　圖4 70s CAN波形解碼

　　2)支持雙ZOOM模式：雙ZOOM這個(gè)功能，只要用了一次，絕對不會(huì )忘記?？梢詾閮蓚€(gè)窗口分別設置不同縮放系數，所以可以同時(shí)顯示兩個(gè)不同時(shí)間軸范圍的縮放波形。配合觸屏和大旋鈕的便捷操作，可以輕松對各個(gè)窗口的波形進(jìn)行控制。同時(shí)基于雙ZOOM定位到問(wèn)題幀，去觀(guān)察問(wèn)題幀的上升下降沿。如圖5所示。

　　圖5 雙ZOOM模式

　　3)擁有全存儲深度、全協(xié)議解碼的事件表：可以將512M存儲深度下的波形全部進(jìn)行解碼，并且在事件表中顯示。事件表可以觀(guān)察到具體某幀波形的時(shí)間、幀類(lèi)型、IDField、數據等信息，大大方便了我們對于波形的分析。如圖6所示為L(cháng)IN協(xié)議的解碼。

　　圖6 LIN協(xié)議的解碼

　　4)支持CAN總線(xiàn)波特率、負載率測量：ZDS4054 plus支持51種參數測量，24種同屏顯示，如圖7所示。唯一直接支持CAN總線(xiàn)波特率、負載率直接測量，所有測量都是經(jīng)過(guò)FPGA全硬件加速，即使512M波形數據測量不到1s即可。如圖8所示為CAN總線(xiàn)波特率、平均與瞬時(shí)負載率測量。

　　圖7 24種參數同屏顯示

　　圖8 CAN總線(xiàn)波特率、負載率測量

　　5)支持頻率/上升沿斜率測量：測量波形上升下降沿斜率，正負脈寬等，如圖9所示。

　　圖9 波形上升斜率的測量

　　除以上功能外，你可能還需要以下功能：

　　lFIR硬件實(shí)時(shí)濾波：每個(gè)通道內置50Hz到200MHz范圍的濾波器，適用于過(guò)濾掉無(wú)用信號、觀(guān)察特定帶寬的場(chǎng)合;

　　l4M的FFT功能：采樣率為4GSa/s，在1G采樣率下頻率分辨率可精確到250Hz，準確分析電路中的干擾噪聲來(lái)源;

　　l波形綜合分析軟件：通過(guò)以太網(wǎng)將512M的波形大數據導出到上位機進(jìn)行進(jìn)一步的離線(xiàn)分析。