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精品文檔-下載后可編輯四大測試分析助汽車滿足新需求
中國汽車產(chǎn)量已超過美國躍居,未來5-10年還將保持不斷增長的態(tài)勢。中國汽車工業(yè)協(xié)會預(yù)計(jì),2022年汽車產(chǎn)量增速在10%左右,有望達(dá)到1500萬輛。中國目前已涌現(xiàn)不少的企業(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、長安等本土廠商在自主開發(fā)和創(chuàng)新上取得的長足進(jìn)步帶動了中國汽車電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
然而,面對日益復(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)新和開發(fā)之路并非坦途。泰克科技的曾在不久前舉辦的一場汽車電子技術(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)的比例越來越高?!叭鐖D1,汽車電子關(guān)乎目前汽車設(shè)計(jì)的三大市場挑戰(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)的三大市場挑戰(zhàn)引發(fā)更多設(shè)計(jì)熱點(diǎn)。
四大測試分析,一個(gè)也不能少
泰克的在演講中強(qiáng)調(diào),無論對于需要改善燃油效率或采用新能源的動力傳動系統(tǒng),還是有助于提升駕車和娛樂舒適性的車身及影音娛樂系統(tǒng),抑或制動、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)傳動控制、車身控制或各種線控操作(X-by-wirecontrol);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,而混合動力和清潔燃料柴油機(jī)技術(shù)要求電子控制系統(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)和信號完整性問題;汽車安全系統(tǒng)采用胎壓監(jiān)測(TPMS)和RFID系統(tǒng),需要開發(fā)和測量實(shí)時(shí)RF系統(tǒng),要能夠高效監(jiān)測汽車操作和狀態(tài)。
(一)局域網(wǎng)測試分析
局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork)是在一個(gè)局部的地理范圍內(nèi)(如一個(gè)學(xué)校、工廠和機(jī)關(guān)內(nèi)),將各種計(jì)算機(jī)。外部設(shè)備和數(shù)據(jù)庫等互相聯(lián)接起來組成的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)。它可以通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)或?qū)S脭?shù)據(jù)電路,與遠(yuǎn)方的局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫或處理中心相連接,構(gòu)成一個(gè)大范圍的信息處理系統(tǒng)。簡稱LAN,是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺計(jì)算機(jī)互聯(lián)成的計(jì)算機(jī)組。"某一區(qū)域"指的是同一辦公室、同一建筑物、同一公司和同一學(xué)校等,一般是方圓幾千米以內(nèi)。局域網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)文件管理、應(yīng)用軟件共享、打印機(jī)共享、掃描儀共享、工作組內(nèi)的日程安排、電子郵件和傳真通信服務(wù)等功能。局域網(wǎng)是封閉型的,可以由辦公室內(nèi)的兩臺計(jì)算機(jī)組成,也可以由一個(gè)公司內(nèi)的上千臺計(jì)算機(jī)組成
泰克的在演講中闡述到,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、元件總成本下降。終汽車設(shè)計(jì)通常包含多個(gè)串行標(biāo)準(zhǔn)、混合信號、混合數(shù)據(jù)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(diào)試。
對于汽車中常用的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,這一功能是其他競爭性產(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USB或以太網(wǎng)與外部計(jì)算機(jī)一起運(yùn)行
(二)動力系統(tǒng)測試分析
動力系統(tǒng)在動力系統(tǒng)中存在一個(gè)固定的規(guī)則,描述了幾何空間中的一個(gè)點(diǎn)隨時(shí)間變化情況。例如描述鐘擺晃動、管道中水的流動,或者湖中每年春季魚類的數(shù)量,凡此等等的數(shù)學(xué)模型都是動力系統(tǒng)。在動力系統(tǒng)中有所謂狀態(tài)的概念,狀態(tài)是一組可以被確定下來動力系統(tǒng)的實(shí)數(shù)。狀態(tài)的微小變動對應(yīng)這組實(shí)數(shù)的微小變動。這組實(shí)數(shù)也是一種流形的幾何空間坐標(biāo)。動力系統(tǒng)的演化規(guī)則是一組函數(shù)的固定規(guī)則,它描述未來狀態(tài)如何依賴于當(dāng)前狀態(tài)的。這種規(guī)則是確定性的,即對于給定的時(shí)間間隔內(nèi),從現(xiàn)在的狀態(tài)只能演化出一個(gè)未來的狀態(tài)。
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(tǒng)示波器和探頭分析納秒級的高頻噪聲提出了挑戰(zhàn)。泰克建議降低測量系統(tǒng)的電氣負(fù)荷,包括使用低輸入電容的差分探頭。泰克還針對部分工程師希望利用信號源進(jìn)行動力系統(tǒng)電子控制單元現(xiàn)場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(shù)信號發(fā)生器仿真各種汽車傳感器信號,如壓力、溫度、速度、旋轉(zhuǎn)和角度位置,對汽車應(yīng)用中的引擎控制單元進(jìn)行功能測試和優(yōu)化。
圖3:利用AFG302xB和AFG3011測量和優(yōu)化引擎控制單元。
汽車電源電路的測試與其他電子系統(tǒng)上的電源測試類似,需要進(jìn)行包括開關(guān)損耗、傳導(dǎo)損耗、平均功率損耗以及安全工作區(qū)(SOA)在內(nèi)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(nèi)完整的集成電源分析解決方案DPO4PWR和DPO3PWR電源分析應(yīng)用模塊,可實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗測量、安全工作區(qū)、諧波、波紋、調(diào)制、轉(zhuǎn)換速率等全面的測試,并能實(shí)現(xiàn)自動測量功能,可極大地簡化汽車電源應(yīng)用的功率分析工作。
針對汽車電子測試中完全浮地測試的特點(diǎn),泰克的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(tǒng)中運(yùn)行時(shí)就出現(xiàn)問題,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技術(shù):"例如,TDP探頭就特別適合進(jìn)行浮動電壓測量,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,適合于自動測試系統(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、信息娛樂系統(tǒng)和安全子系統(tǒng)中,越來越多的使用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、反匯編、源代碼級軟件調(diào)試的CPU不同,對于MCU和FPGA的調(diào)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(tǒng)中兩種常見的定時(shí)測量:事件時(shí)間相隔很遠(yuǎn)--要求在長時(shí)間內(nèi)以高定時(shí)分辨率(高采樣率)采集多條通道(長記錄長度);數(shù)字狀態(tài)跳變--要求在短時(shí)間內(nèi)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(yīng)用模塊的MSO4000,就特別適合監(jiān)測隨時(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)。
對于FPGA的調(diào)試挑戰(zhàn),泰克列舉了以下幾點(diǎn):1.設(shè)計(jì)規(guī)格和復(fù)雜程度日益提高、接入內(nèi)部信號受限;2、上市時(shí)間壓力迫使產(chǎn)品開發(fā)和調(diào)試周期日益縮短;3、在FPGA中增加調(diào)試電路會影響設(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)試解決方案來應(yīng)對這些挑戰(zhàn):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,可對車載娛樂系統(tǒng)音頻總線I2S進(jìn)行譯碼分析。
(四)數(shù)字RF測試
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù),它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識別工作無須人工干預(yù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)簽,操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng),只有兩個(gè)基本器件,該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢問器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標(biāo)簽)組成。RF技術(shù)利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向傳輸數(shù)據(jù),已達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。
一些新的安全和監(jiān)測系統(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(TPMS)、防盜器、無鍵輸入系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)元件和系統(tǒng)。RFID的應(yīng)用日益增多,部分在過去轎車中應(yīng)用的技術(shù)將成為未來大部分汽車的標(biāo)配,例如今年輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的呼聲日益高漲,監(jiān)測泰克也指出,在倒車?yán)走_(dá)應(yīng)用中,過去國內(nèi)汽車廠多采用直接購買模塊進(jìn)行應(yīng)用,而現(xiàn)在很多自己開始設(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,近年來汽車電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜化、更多具有較強(qiáng)EMI特性的開關(guān)電源進(jìn)入汽車電子系統(tǒng)中,這些對RF的測試帶來了挑戰(zhàn),使用傳統(tǒng)的頻譜分析工具來對這些瞬態(tài)信號進(jìn)行測試。泰克對于汽車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(xiàn)對134.2kHz的RFID接收機(jī)IC進(jìn)行功能測試;利用任意波形和函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生汽車內(nèi)的復(fù)雜信號環(huán)境,例如對于倒車?yán)走_(dá)脈沖式噪聲系數(shù)測量,可采用簡便易用的雙通道AFG3252來生成兩個(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(shù)測量。
小結(jié)
能源和環(huán)境正在成為影響世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大決定性因素。能源和環(huán)境問題正在向常規(guī)能源汽車提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。進(jìn)入新世紀(jì)以來,以混合動力、純電動、燃料電池等為代表的新一
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