与过去、现在和未来的汽车相比，有一个明显的趋势：汽车已经成为一个带轮子的数据中心。在每辆车安全系统、机载传感器、导航系统等数据流量以及对这些数据的依赖都在迅速增长。 未来几年，我们预计每辆车将看到100多辆ECU，联网车内网络每天会携带几个TB数据。

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图 1. 传感器与 ECU 越来越多的数据需要更快的数据速率和更宽的带宽

随着传感器的数量和灵敏度的增加，它们会产生巨大的数据。可以想象，10~20个摄像头提供360度全景视图，所有摄像头发送1080p ( 现在 ) 或 4K ( 将来 ) 像素深度来自高清数据流 16 上升到20甚至24位。这些数字正在迅速叠加：一个支持 24 位像素深度 4K 摄像头以每秒10-30帧的速率生成每帧 199 Mb的数据。尽管 1 Gbps现在速度可能够了，但很快就需要10Gbps。

目前，IVNs采用预处理硬件简化传感器上的数据。不幸的是，它会影响响响应时间，降低图像质量，从而限制可用的检测距离。新的解决方案是 2 - 8 Gbps 速率把原 将始数据传输到集中式电影系统 (SoCs) 或一般处理表 元 (GPUs)，SoC或GPU可以对输入TexasInstruments代理压缩实时数据。IVNs在域控制器结构中，传感器将原始数据传输到中央处理单元。

速度达到10 Gbps，汽车以太网将承载高速数字 包括：

? IEEE 802.3cg, 10BASE-T1, 10 Mbps；

? IEEE 802.3bw, 100BASE-T1, 100 Mbps；

? IEEE 802.3bp, 1000BASE-T1, 1 Gbps；

? IEEE 802.3ch, 10GBASE-T1, 2.5/5/10 Gbps。

考虑到可用的数据速率和对这些性能的需求不断增加，以及减轻电缆重量，许多行业观察家对汽车以太网的发展和联网车载节点的数量非常乐观。

汽车以太网的概念是由的 OPEN 联盟 SIG 也提出了 叫 IEEE 802.3bw ( 原 BroadR-Reach)，是为汽车联 以太网物理层标准的网络应用设计，如先进的安全工作 能、舒适、信息娱乐功能。通过汽车以太网，多辆车 通过系统可以通过非屏蔽单绞线电缆访问信 息。这项技术降低了汽车制造商的联网成本 电缆重量增加了信号带宽。

为实现更高的信号带宽，汽车以太网在双绞线电缆上采用全双工通信链路，支持同时收发功能和 PAM3信令。采和PAM实现全双工通信，可能会检查汽车 以太网业务和信号完整性测试变得非常复杂。

OPEN 联盟制定了汽车零部件、信道和互操作能力 车辆以太网测试规范。测试系统集成了电子控制单元 (ECU)、连接器和非双绞线电缆。测试要求系统在恶劣的环境和噪声条件下工作。因此，用户必须 只有在系统级表征和查看信号完整性和业务时才能执行 可靠性测试。

客户需要在系统级进行信号完整性测试的应用实例:

? TC8 信号质量测试

? ECU 组件的表征和测试

? 汽车以太网电缆、连接器、电缆长度和路征 测试

? 电磁噪声或高斯噪声测试

? 大电流注入试验

? 生产单元测试

? 汽车系统对以太网性能的影响 - DC 马达开 / 关 - 发动机开 / 关

? 汽车以太网系统调试

在系统集成之前，建议在设计阶段进行信号完整性测试 确定潜在问题。

图2. 以太网全双工通信链

挑战：并排测试多条总线

测试车载网络需要对整个车辆进行可靠性验证 包括互操作能力、抗干扰能力、串扰和干扰源。检验运 通信功能和可靠性将涵盖汽车内部的每一个 ECU 管 连接总线的系统 ( 下图 )。汽车数据密集 度越来越高，测试可以保证生命周期各个阶段的安全 包括开发、验证、生产和维护在内的运行变得至关重要 和保养。

图 3. 车内网络结构示例

测试挑战 #1:调试总线

车载通信可能仍受到噪声、电路板布线和启动 / 关 闭合时的影响，导致总线错误和锁定过多。 多条总线同时在封闭的汽车空间内运行，可能会生产 生 EMI，导致信号质量差。预一致性测试可以帮助你 隔离和识别信号质量和总线性能问题的原因 通过对相关标准的改进 EMI 与电磁兼容 (EMC) 正式测试的能力，如 CISPR 12、CISPR 25、 EN 55013、EN 55022 ( 被 EN 55032 替代 ) 和 CFR Title 47, Part 15。

测试挑战 #2:检查电气一致性

确保汽车之间和内部可靠的低延迟数据流 系统的安全运行至关重要。汽车以太网拥有 IEEE 和 OPEN 一套复杂的联盟合规测试，包括各种 确保电气要求符合标准。这些测试通常是设计的， 在验证和生产过程中执行。在汽车以太网中，物理 (PHY) 层层电气测试覆盖发射机 / 接收机(收发机)性能多 如下表所示。这些测量的具体目标是 测试物理介质连接（PMA）与各种电气参数据相比， 一致性。

图 4. 100/1000BASE-T1 电气测试列表

测试挑战 #3： 验证协议的合规性和系统性能

汽车以太网被称为三电平PAM或PAM3的技术， 在相同的时钟频率上实现更高的数据速率。在 PAM3 每个电平必须在特定电压和相对紧张的容量范围内运行。 这些信号可能相当复杂，但基于示波器的眼图测量可以有效地确定相对于信号编码所需的信号性能 ( 即协议测试 )。眼图的关键指标是眼高、眼宽、线性度和厚度 ( 下图 )。综合这些指标， 提供实用信息表明信号能提供多正确可靠 编码信息。

图 5. 累计眼图为在一个或多个周期内查看和表示多电平信号提供了有效的途径

还指出，汽车以太网采用全双工操作，因此链 两台设备可同时收发数据。与传统的共享网络相比，这提供了三个相关的优势：第一，两个设备可以一次收发数据，而不是轮流收发数据；第二，系统 带宽应该更大；第三，全双工可以在不同的设备(如 同时实现主设备与设备之间的多次会话。 除了这些复杂的情况外，汽车工程师还面临着另一个挑战：采用 PAM3 全双工通信信令使其难以先查看汽车以太网业务，再充分表示信号完整性。如果您想在链路上进行信号完整性分析，并在真实的系统环境中解码协议 ( 使用示波器 )，设计师必须单独检查 查看每个链路，需要先隔离信号，再进行分析。

图 6. 实际车载以太网信号，主从信号不能分开

节点之间的可靠通信对汽车的运行至关重要。因此，我们强烈建议在系统级测试信号完整性和协议，包括不同的电缆长度、注入噪声等。

测试挑战 #4:获取排障调试所需信息

无论问题是总线性能，EMI、信号质量由两个基本指标决定，然后决定电气一致性或协议一致性 数据性能，即幅度和定时性。精确运输这两个指标 对于确保数字信息通过总线成功传输至关重要。由 总线速度越来越快，信号调制技术越来越复杂(如 PAM3)，这也变得越来越困难。 在调试开始时，通常有六个常见的问题 众所周知：

? 幅度问题：振铃、顶降、欠幅脉冲

? 边沿畸变：电路板布线问题，端接不当，电路问题

? 反射：电路板布线问题，端接不当

? 串扰：信号耦合，EMI

? 地电平弹跳：电源和地面电路吸收电流过多

? 抖动：噪声、串扰、定时不稳定

如果没有足够的频率覆盖，示波器是首选的测量工具 覆盖范围、通道数、附件和屏幕分析功能、障碍物排除和调试 这个过程可能会变得极其繁琐和耗时。

泰克以太网解决方案

标准化一致性测试

泰克科技致力于测量车内网络的前沿标准和一致性 试。 在 IEEE、Open Alliance、HD-BASE 联 盟 及 MIPI A-PHY 积极参与和提供行业等标准组织 领先的解决方案。下表给出了一致性测试速查表：

表格 1 以太网一致性测试速查表

系统级信号完整性：查看真实信号

在单对双绞线上分离以太网的主从信号有两种方法：

1. 定向耦合方法

要求用户切断或切断汽车以太网电缆，插入定向耦合 对信号进行分隔和测试。该方法在最小干扰下准确实现 测试本身就有缺陷。系统级切断电缆不是 很容易，所以这种方法不适合系统级测试。 用户可以通过这种方式查看主信号和从信号，但它 很难确定错误是由系统或新硬件引起的。此外，尽管我们可能会消除固定 对耦合器的影响，但反嵌可能会放大系统中的噪声，影响测量和表征精度。

直到最近，定向耦合方法一直是默认的汽车以太网测试方法，因为没有基于软件的泰克信号分隔测试方法。

图 7. 汽车以太网定向耦合设备信号分离法

图 8. 以太网泰克信号分隔方法

2. 泰克信号分隔法

泰克信号分隔法 2019 年 7 月问世，它同时从主 测试点和从测试点分离电压波形和电流波形 采用专有软件算法提供分隔信号的全双工信号。泰克信号分隔是一种基于软件的解决方案，用户可以看到真实信号，而无需切断汽车以太网电缆。 该方法的优点之一是它可以显示主信号和从信号，而不会增加插件、回损和反嵌影响，如定向耦合方法。

图 9. 比较了以太网两种信号分离方法

如上图所示，在实际信号示例中，如果泰克的信号分离方法不损坏实际连接和嵌入定向耦合器，则获得 PAM3 信号的峰值约为 2V，相对于嵌入式定向耦合器获得的200mV泰克信号分离法获得峰值和峰值 PAM3 眼图幅度要高得多，信号的信噪比也更好。通过这种新的汽车以太网测试方法，用户可以在不增加成本和测量挑战的情况下，更准确、更少地表示信号。用户可以在系统级执行信号完整性测试和应用环境中提供的所有测试。

图 10. 灵活的 PAM3 信号分离和协议解码

同时，泰克示波器还为以太网提供全面的汽车 PAM3 高级信号分析功能和总线协议解码功能，请参考下表 所需方案：

泰克及其解决方案合作伙伴创造了统一的车载网络测试方法。在所有主要领域IVN在整个汽车生命周期中，我们可以帮助您和您的团队更快地投入生产新设计，加快验证测试，加强合规测试，优化生产测试，简化服务和维护后测试。最终的结果可以大大提高您满足成本和时间表的能力。