汽車四大測試分析

中心議題：

汽車測試分析

解決方案：

數(shù)字RF測試

動力系統(tǒng)測試分析

數(shù)字器件分析

數(shù)字RF測試

中國汽車產(chǎn)量已超過美國躍居全球第一，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，2010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)不少知名的企業(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)計需求，特別是要推出中高端和商用的新能源汽車之時，自主創(chuàng)新和開發(fā)之路并非坦途。泰克科技的專家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。“如圖1，汽車電子關(guān)乎目前汽車設(shè)計的三大市場挑戰(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)計的熱點和難點。”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。

四大測試分析，一個也不能少

泰克的專家在演講中強調(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)要求高級電子控制系統(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)和測量實時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

泰克的專家在演講中闡述到，汽車設(shè)計中正集成各種串行數(shù)據(jù)技術(shù)和應(yīng)用來實現(xiàn)LAN，如CAN、LIN、MOST和FlexRay。串行通信可改善電路板設(shè)計，因為串行接口集成到處理器、ASIC、FPGA等器件中，使得連接數(shù)量減少、元件總成本下降。最終汽車設(shè)計通常包含多個串行標(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、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。

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、定時測量、時間間隔誤差(TIE)，并可通過USB或以太網(wǎng)與外部計算機(jī)一起運行。

(二)動力系統(tǒng)測試分析

動力系統(tǒng)無疑是汽車的心臟，而與動力系統(tǒng)相關(guān)的電子電路的高質(zhì)量穩(wěn)定運行將很大程度上決定整車的性能表現(xiàn)，其中既包括通過ECU實現(xiàn)的電子控制部分，還包括汽車電源電路，特別是新能源汽車。

汽車ECU根據(jù)放在汽車各處的傳感器傳回的數(shù)據(jù)實時計算信息，確定最佳的引擎控制參數(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)。泰克專家建議降低測量系統(tǒng)的電氣負(fù)荷，包括使用低輸入電容的差分探頭。泰克專家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。

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)最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，泰克的專家建議工程師在測試中采用相對價格較高但同時性能更高的差分探頭來確保消除共模部分的影響。“有時候我們進(jìn)行單板測試很順利，但是在系統(tǒng)中運行時就出現(xiàn)問題，很多時候都可能是測試時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)行浮動電壓測量，其輸入電容小于1pF，而且具有業(yè)內(nèi)獨有的探頭可編程控制特性，適合于自動測試系統(tǒng)的實現(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)。泰克的專家分析指出，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)中兩種常見的定時測量：事件時間相隔很遠(yuǎn)——要求在長時間內(nèi)以高定時分辨率(高采樣率)采集多條通道(長記錄長度);數(shù)字狀態(tài)跳變——要求在短時間內(nèi)捕獲信號，但定時分辨率要非常高。實時MSO，如采用MagniVu應(yīng)用模塊的MSO4000，就特別適合監(jiān)測隨時間變化情況。另外，MSO4000的16個數(shù)字通道可以分別設(shè)置電平，可以在一個設(shè)計中使用不同的邏輯類型，并可在多條通道中觸發(fā)建立時間/保持時間違規(guī)。

對于FPGA的調(diào)試挑戰(zhàn)，泰克專家列舉了以下幾點：1.設(shè)計規(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)計性能和占用寶貴的芯片空間等等。

泰克公司提供了經(jīng)濟(jì)高效的FPGA實時邏輯調(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

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，部分在過去高級轎車中應(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)強制性標(biāo)準(zhǔn)立項的呼聲日益高漲，監(jiān)測泰克專家也指出，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，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。泰克專家對于汽車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。

近年來，中國汽車電子設(shè)計領(lǐng)域日益活躍，與以前整車廠商主要直接使用國外成熟的模塊產(chǎn)品相比，很多廠商加大了自主研發(fā)的力度，本土汽車電子設(shè)計企業(yè)也在積極尋求與整車企業(yè)合作。然而市場調(diào)研公司的數(shù)據(jù)表明，目前在中國大陸活躍的汽車電子設(shè)計企業(yè)整體實力仍然偏弱，在市場排名中前十位僅有一家本土企業(yè)。作為后來者，本土汽車電子設(shè)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)品開發(fā)能力。