汽车以太网通道和相关组件的测试

news2024/11/27 18:37:53

随着车载网络的发展，已经出现了CAN、LIN、FlexRay、MOST等成熟的协议，而基于LVDS/USB技术的链路传输模式也得到了广泛的应用。然而，面对不断提高的摄像头、显示器和不同传感器系统共享的更复杂信息分辨率，就需要更高的传输速度。

基于这种情况，诞生于20世纪70年代的以太网被引入到车载网络中。汽车以太网可以支持高速传输，并且具有标准化的链路连接形式，减少了全车的电缆连接数量，从而降低了成本。随着汽车智能化和电气化程度的提高，汽车以太网的应用范围越来越广泛，汽车以太网通道和相关组件的测试，在保证汽车质量和行驶安全的过程中日益成为重要的一环。

那么信号通道及其相关组件如何保证汽车以太网的高速率、高质量？OPEN ALLIANCE提出的TC2&TC9测试规范，得到了汽车行业广泛的认可和采用。

其中TC9的内容，包括以下两个测试规范：

本文主要以Channel and Components Requirements for 1000BASE-T1 Link Segment Type A(UTP)测试规范为例，对测试信道、参数指标以及测试方案进行介绍。

一、测试信道介绍

1、测试信道定义

不同ECU之间的连接，需要使用电缆、线内连接器、PCB连接器等。链路要求与通信信道的信号完整性和EMC需求有关。

▷ 应满足1000BASE-T1的链路要求。

▷ 最长15m，最多4个线内连接器，最大时延：td≤94ns

▷ 单个信道如下图所示：

2、测试信道类型

WCC

WCC：ECU之间的完整电气接线，被定义为整个通信信道。WCC由多个SCC组成，需考虑以车载太网和其他系统之间的耦合、串扰等影响。

SCC

SCC：由两个PCB连接器、电缆和最多4个线内连接器组成的独立通信信道。如下图连接：

多线缆

多线缆，可同时进行多路连接的线缆束。

【举例】例如一束五根电缆束的组成，采用4绕1的配置。

单连接器

单连接器，线缆是差分双绞线，连接器部分是差分接口。

▷ 连接器与连接器之间的连接

▷ 连接器与PCB连接

多端口连接器

多端口连接器，可以实现多对双绞线连接，也可以单线连接

二、S参数和射频指标相关要求

1、S参数介绍

▶ 在射频微波领域，射频的基本指标一般基于散射参量 (S参数) 来表征：

▶ 通过正向、反向测试；利用入射波，反射波，传输波，可以获得双端口完全S参数。

▶ S参数定义与入射与反射波参量（a，b）比值相关。在进行S参数测量时，入射与反射波参量应在同一频率下测量得到。

- S参数可完整表达网络的反射与传输特性

- S参数为比值。其模值一般使用dB表示，比如：S12(dB) = 20*log(b1/a2 | a1=0)

- S参数的测量应基于统一的系统特征阻抗，比如50Ω，75Ω等。

2、射频指标

01阻抗

测试用例	参数	描述
Impedance	_	_
CIDM	ZRF	Characteristic Impedance Differential Mode (TDR Measurement)

使用“时域反射”（TDR）的方式进行测试，向线束输入脉冲信号，信号在线束阻抗变化处产生反射，计算阻抗值。

02单信道特性

测试用例	参数	描述
Single Channel Characteristics (e.g. Port 1,2)
Propagation Delay	td	Propagation Delay, i.e. phase delay according to [4], see equation (3.5)
RL	Sdd11, Sdd22	Return Loss
IL	Sdd21	Insertion Loss
LCL	Sdc11, Sdc22	Longitudinal Conversion Loss
LCTL	Sdc12, Sdc21	Longitudinal Conversion Transfer Loss

反应信道内的频率响应，体现线束本身对于信号的影响。

· Propagation Delay（传播时延），根据测试规范规定的公式，通过Sdd21的相位信息来计算。

· RL，IL，LCL，LCTL，则是通过测量不同类型的S参数，反应线束在各个频点的不同特性

03信道间串扰特性

测试用例	参数	描述
Cross Talk and Cross Conversion to Neighbour Channels and/or Signal Lines
ANEXT	Sdd31, Sddyx	Alien Near End Cross Talk Loss
AFEXT	Sdd41, Sddyx	Alien Far End Cross Talk Loss
PSANEXT	see equation (3.1)	Power Sum Alien Near End Cross Talk Loss
PSAFEXT	see equation (3.2)	Power Sum Alien Far End Cross Talk Loss
PSAACRF	see equation (3.3)	Power Sum Attenuation to Alien Cross Talk Loss Ratio Far End

反应信道间的频率响应，体现线束的干扰能力。

1 ►PSANEXT（近端串扰）

2 ►PSAFEXT（远端串扰）

3 ►PSAACRF（远端串扰损耗比）

04信道间模式串扰特性

测试用例	参数	描述
Cross Talk and Cross Conversion to Neighbour Channels and/or Signal Lines
ANEXTDC	Sdc31, Sdcyx	Alien Near End Cross Conversion Loss Common to Differential
ANEXTDS	Sds35, Sdsyx	Alien Near End Cross Conversion Loss Single-ended to Differential
AFEXTDC	Sdc41, Sdcyx	Alien Far End Cross Conversion Loss Common to Differential
AFEXTDS	Sds45, Sdsyx	Alien Far End Cross Conversion Loss Single-ended to Differential

反应信道间共模和差模信号之间的模式转换表征，体现线束的抗干扰能力。

三、测试设备要求

1、测试仪器

测试用例	设备	设备参数	最低要求
S参数	矢量网络分析仪	端口数量	4 通道
		端口参考阻抗	50Ω 单端
		测试频率范围	f = 300 kHz - 1000 MHz
特性阻抗	TDR测试系统	端口数量	2 通道，差分模式
		端口参考阻抗	50Ω 单端，100Ω 差分
		上升时间(10% to 90%)	脉冲源: ≤ 25 ps internal (≤ 50 ps at measurement fixture) 分析仪: no filter / 500 ps internally adjustable (digital filtering of the reflected signal by using the filtering function of the test equipment)
All	测试夹具	根据使用的测试标准（参见电缆和连接器的特殊定义）

2、测试仪器参数配置

1、VNA矢量网络分析仪的推荐设置

2、阻抗测量时，VNA矢量网络分析仪的推荐设置

3、测试系统在测试前要求

仪器校准后，先不连接样件，在直通状态下，测试系统需要达到以下要求

3、测试夹具和连接器要求

1、通用要求

所使用的测量夹具需要具有低插入损耗、差分对内的高对称性

50Ω单端阻抗的良好匹配

接地性能良好

测量夹具或设计建议应由连接器或电缆制造商提供

应为测量夹具内每个端口分配编号，以便进行单独识别，S参数测试时会用到

PCB板测试夹具适用于连接器和信道的测试

直接转换的测试夹具适用于线缆的测试

2、阻抗和终端要求

特性阻抗：差模为100Ω，在某些测试配置中通过双50Ω负载终端进行匹配

在50 ps的上升时间内，测试夹具的阻抗应在100Ω±5%范围内。如果超过5%的限制不超过120 ps往返时间或60 ps传播时间，则允许±10%的阻抗公差（TDR测试）

基于PCB的测试夹具上的最大轨迹长度不得超过30 mm

阻抗容限要求 <±5%

对于矢量网络分析仪，建议使用夹具移除功能，通过补偿或者去嵌技术，将校准平面移动至DUT测试端面

3、Balance 平衡要求

与校准精度的LCL要求相同。PCB夹具未端接，处于open状态

4、Crosstalk 串扰要求

4、测试拓扑

1、Cable and Channel Setups for SCC Parameter

2、Cable and Channel Setups for ES Parameter

远端

近端

怿星科技在汽车以太网领域集聚了众多经验丰富的专家，经过多年的耕耘和积累，形成了的一套从以太网设计、以太网节点实现、到以太网测试的涵盖V模型的解决方案。在以太网节点实现方面，怿星科技拥有模块化的解决方案，既可以提供单一针对汽车以太网通道及其相关组件的测试模块，也可以提供包含L1-L7层测试能力的整体测试系统。