汽车以太网物理层调试的实用技巧

　　汽车以太网越来越多地用于车载电子设备，以在互连设备和组件之间传输高速串行数据。由于相对较快的数据速率以及联网设备的复杂性和变化，经常会出现信号完整性问题。本文概述了几个现实世界的挑战，并深入介绍了如何使用示波器识别和调试汽车以太网物理层信号完整性问题。以下是 Inspectron 进行的汽车以太网调试研究，Inspectron 是一家设计和制造管道镜、嵌入式 Linux 系统和摄像头检查工具的公司。

　　汽车以太网硬件调试配置

　　汽车以太网信号路径是双向的（单双绞线上全双工），因此硬件收发器必须能够通过从复合信号中减去自己的出站数据贡献来识别传入数据。如果直接探测汽车以太网数据线，就会获得类似于总线碰撞的混乱叠加。为了理解发送的各个信号，可以使用双向耦合器。

　　图1显示用于调试汽车以太网设置的硬件配置。两个被测汽车以太网设备 (DUT) 是 ROCAM mini-HD 显示器和 Raspberry Pi（带有 100Base-TX 至 100Base-T1 桥接器）。Raspberry Pi 用于模拟以太网摄像头。DUT 的双绞线连接到适配器板，该适配器板将单个 100 Ω 差分对分成两个 50 Ω 单端 SMA 连接器。每个 DUT 都有一对连接到校准有源分线夹具 (Teledyne LeCroy TF-AUTO-ENET) 的 SMA 电缆。分线夹具保持不间断的通信链路，同时两个经过校准和软件增强的硬件定向耦合器将来自每个方向的流量分流到单独的流中，从而隔离来自每个方向的汽车以太网流量，以便在示波器上进行分析。

　　2024年4月18日

　　图 1 (a) 用于调试汽车以太网设置的硬件配置涉及两个 DUT、从汽车以太网适应 SMA 的无源夹具，以及带有双向耦合器以隔离各个方向流量的校准有源分线夹具。示波器将分析上行和下行流量。(b) 测试设置框图。

　　识别信号丢失的位置

　　ROCAM mini-HD 显示器和 Raspberry Pi 之间出现间歇性信号丢失。捕获间歇性数据传输丢失的一种方法是硬件 Dropout 触发器。在图2中，如果在 200 纳秒 (ns) 内没有信号边沿跨越阈值电压，则准备好 Dropout 触发器以触发示波器。两条以 200 ns/p 缩放的缩放迹线显示前一个汽车以太网边缘右侧一格的触发点。在数据传输重新开始之前，信号丢失大约持续 800 ns。请注意，由于汽车以太网 100Base-T1 是三强度级别 (+1、0、-1) PAM3 信号，因此眼图中超过 192,000 位的眼图仍然显示出良好的信号完整性（数据丢失与“0”混合）符号），但 Dropout 触发位置的 Zoom 迹线揭示了信号丢失的位置。

　显示了干净的汽车以太网 100Base-T1 信号，而 Dropout 触发器则识别并定位信号丢失事件。资料来源：Teledyne LeCroy

　　串行数据的幅度调制

　　异常幅度调制或基线漂移问题通常可以通过在略高于逻辑+1电压电平（对于来自分离差分信号的非反相输入）的高阈值处触发来捕获。汽车以太网信号出现间歇性异常幅度调制，通过将边沿触发设置为略高于预期电压电平来捕获实例，如图 3所示。具有三个峰值的红色直方图取自符号槽中心眼图的垂直切片，显示三个电压电平的和的统计分布的不对称性；这是由于信号的间歇性异常幅度调制造成的。上眼和下眼之间的眼宽也存在不对称性，这可以在波形下方的眼测量参数表中找到。

　　图 3右下网格中的三个红色直方图显示由于间歇性异常幅度调制而导致眼图不对称。边沿触发器上升到高电压阈值，捕获异常幅度调制的实例。资料来源：Teledyne LeCroy

　　信号的间歇性幅度降低

　　在调试过程中，检测到信号幅度下降至预期水平的 50% 的故障。这个问题初是通过眼型发现的，其中存在眼睛塌陷。为了及时检测问题发生的位置，将丢失触发器设置为阈值水平约为汽车以太网信号幅度的 80%。当信号下降到一半幅度时，Dropout 触发器捕获该事件，显示发生点的幅度下降。叠加在原始波形捕获上的缩放迹线显示时域迹线中的信号完整性较差，这也在塌陷的眼图中表明了这一点。

　　图 4使用 Dropout 触发器捕获汽车以太网幅度减小的发生位置，并将阈值设置为波形幅度的大约 80%。眼图和时间同步缩放迹线均显示了幅度降低的信号的较差信号完整性。资料来源：Teledyne LeCroy