为什么汽车电子行业的工程师偏爱这款示波器,

作者:汽车资讯

该产品在07年11月7日于东京BigSight国际会展中心开幕的“计测展2007东京”上展示。

3)参数测量:需支持波特率、总线负载率等多种参数的测量。

如果把汽车总线比做人体的神经网络,收发器可以视作神经的节点。收发器是网络总线和ECU之间的接口,负责控制器和总线间的信号转换。李世铭介绍说一旦某个通信模块的收发器失灵,就失去了和其他模块的通信,最好的状况是警示灯开始闪,最差的状况是汽车无法工作。收发器的鲁棒性尤其是ESD的性能尤为重要,其他性能要求还包括ISO脉冲、耐电流能力和温度等等。

此外,还配备了支持FlexRay及CAN信号标准的触发器功能。例如,可从各种FlexRay及CAN信号流通的总线中触发特定的FlexRay和CAN信号。另外还支持微处理器的输入输出信号标准“UART”以及导航仪、汽车音响等使用的“I2C”和“SPI”标准。

对于以上通信协议,我们常用的测试工具为示波器,那么要做到准确测试,需要一款怎样的示波器?

作为下一代的车内控制网络的主要选择,FlexRay提供了比CAN更高的速度和可靠性。FlexRay还能够提供很多CAN网络所不具有的可靠性特点。尤其是FlexRay具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置,并进行进度监测。FlexRay同时提供灵活的配置,可支持各种拓扑,如总线、星型和混合拓扑。设计人员可以通过结合两种或两种以上的该类型拓扑来配置分布式系统。

该公司曾于06年3月上市了支持FlexRay的示波器。此次配备了用户迫切要求的用于确认信号是否符合FlexRay标准的功能。该功能有两种,一种是确认FlexRay信号品质的“Eye-diagram解析”功能。这是确认相应于“0”和“1”信号的电平是否在FlexRay标准规定的范围内的功能。另一种是确认ECU间收发信号的延迟时间是否符合标准的“总线驱动电特性参数测定”功能。

张涵予说,你选择的车,让别人看到你的样子,你的经历,甚至你的未来。对于汽车电子行业的工程师来说,选择一款称手的示波器也是如此。今天来聊如何用示波器尽可能地“侵入”汽车内部?

但是测量充电状态已经成为延长电池使用寿命的一个难题。卢志豪指出通常会将电池充电研制在一个SOC范围内,例如:20%-80%,所以可用容量只有规定容量的60%。因为,把锂电池充电至100%充电状态或者放电至0%都将使其容量快速下降。

横河电机上市用于测定支持车内LAN接口规格FlexRay及CAN等设备的示波器“Vehicle Serial Bus Analyzer”。该产品主要面向汽车ECU的开发人员。特点是配备了确认信号是否符合FlexRay标准的功能。价格定为:32逻辑通道的“SB5710”为330万日元,8逻辑通道的“SB5310”为250万日元,均配备了4模拟通道。上市时间为2007年12月中旬。 图片 1

3)拥有全存储深度、全协议解码的事件表:可以将512M存储深度下的波形全部进行解码,并且在事件表中显示。事件表可以观察到具体某帧波形的时间、帧类型、IDField、数据等信息,大大方便了我们对于波形的分析。如图6所示为LIN协议的解码。

图片 2 IATF2009吸引了超过200名的专业听众

图8 CAN总线波特率、负载率测量

与电压测量相应的是,泰克科技分销产品部经理陈文权认为应该通过监测电池温度来控制充电的速度。他在论坛上向听众介绍了泰克的任意波形/函数信号发生器AFG-3011,AFG-3011通测量充电器对温度变化的响应从而确认电流变化期间的控制稳定性。对于温度控制充电的方法,解码I2C的数据,确认读数正确以及捕捉整个电流校正周期的数据是两个技术挑战。

4)支持CAN总线波特率、负载率测量:ZDS4054 plus支持51种参数测量,24种同屏显示,如图7所示。唯一直接支持CAN总线波特率、负载率直接测量,所有测量都是经过FPGA全硬件加速,即使512M波形数据测量不到1s即可。如图8所示为CAN总线波特率、平均与瞬时负载率测量。

图片 3 表 不同负极材料的比较 资料来源:凌力尔特

2)支持双ZOOM模式:双ZOOM这个功能,只要用了一次,绝对不会忘记。可以为两个窗口分别设置不同缩放系数,所以可以同时显示两个不同时间轴范围的缩放波形。配合触屏和大旋钮的便捷操作,可以轻松对各个窗口的波形进行控制。同时基于双ZOOM定位到问题帧,去观察问题帧的上升下降沿。如图5所示。

车载信息娱乐系统高端应用增长迅速

CAN的协议结构中物理层、数据链路层已经由硬件实现,目前都已经标准化,有现成的部件(CAN控制器和收发器)选择。因此在单片机上加上CAN控制器、收发器,软件实现相应的驱动程序就基本实现了CAN的通讯功能。

图片 4 图 混合/纯电动车动力系统 资料来源:村田电子

除以上功能外,你可能还需要以下功能:

HEV/EV对元器件和电池管理系统的技术要求

三、为什么要选了ZDS4054Plus?

HEV/EV可以根据燃料/ CO2 节约比例不同,分为纯电动驱动、部分电动驱动、扭距助力系统、辅助马达系统和停止/启动控制系统。由于采用了不同的动力系统,在汽车电子通用标准的基础之上,对电子元器件的要求也相应的有了变化。例如,电池单元的热敏电阻随着电池从镍氢电池向锂电池甚至燃料电池的升级,也会产生电池温度检测、电路短路保护、过热保护和电芯放电和过电流保护等不同的需求。

5)支持频率/上升沿斜率测量:测量波形上升下降沿斜率,正负脉宽等,如图9所示。

丁洁早介绍说,汽车内娱乐系统对IDB-1394协议的带宽要求各不相同,例如,由车头尾、两侧的摄像头组成的摄像网络大概需要588Mbps的带宽支持640x480x30fps的格式。800x480x60fps和18位RGB的导航系统需要415Mbps的带宽,720x480x30fps的DVD和数字电视所需带宽分别为166Mbps,因此整个车载娱乐系统的带宽总需求达到747Mbps。

如今,汽车已经成为人类生活中最主要的交通工具。看着大街上拥堵的汽车,各大厂商各显其招。将当下最热门的物联网应用于汽车上,也就是“车联网”。例如国内互联网巨头阿里巴巴联手上汽,将其万物互联的概念覆盖到汽车领域。

汽车总线性能要求在提升

就目前来说,大多厂商的“车联网”仅是基于传统的OBD接口作为获取车载状态的接入点。并不能获取汽车的所有通信数据。那么汽车电子行业真正的测试需求是什么,或者说我们通过什么去真正的“侵入”汽车内部?

一年一度的IATF是《电子产品世界》杂志社举办汽车电子领域的高端技术论坛。今年的论坛邀请了泰克科技、村田电子、凌力尔特、 英飞凌、恩智浦半导体和富士通微电子等多家国际主流汽车电子和解决方案供应商,吸引了超过200名的专业听众。

l4M的FFT功能:采样率为4GSa/s,在1G采样率下频率分辨率可精确到250Hz,准确分析电路中的干扰噪声来源;

当前的汽车市场,采用电池作为主要动力或者作为汽油的辅助动力降低CO2的排放已经成为绝对的热点话题,所以混合动力/电动汽车成为IATF2009的一个重要主题。来自村田电子的产品经理谭斌和凌力尔特的应用技术工程经理卢志豪分别介绍了HEV/EV对电子元器件和电池管理系统的技术要求和设计对策。

一、从车用总线说起

此外,汽车网络的一致性也是关系到总线通信的核心问题。网络物理层必须保持一致性,因为不同的硬件通过总线联接,同样由于不同的软件驱动和微控制器联接在同一个总线系统,每个ECU都需要符合通信协议,因此数据链接层也需一致。李世铭介绍说,为此GIFT/ICT联盟定义了数据链层和物理层的要求,以及一致性测试的条件。CAN物理层一致性测试包括:电参数测试和互操作性测试;CAN物理EMC测试包括:ESD测试,采用DPI方法的EMI测试和EME测试。

1)协议解码:兼容所有主流车载通信协议,CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD;

图片 5 图 汽车总线市场 资料来源:富士通微电子

图4 70s CAN波形解码

图片 6 图 车载视频处理器市场 资料来源:NXP半导体

5.SENT(Single Edge Nibble Transmission):一种点对点的、单向传输的方案,被用来在汽车中的传感器和电子控制单元(ECU)之间传输高清传感器数据。

因此,锂电池电量的准确测量非常重要。在笔记本电脑等小型设备上,一般采用计算流入和流出包含3-8节电池的库伦计算法。“这在汽车中几乎是不可能的,”卢志豪介绍说:“在汽车中,电池驱动的是电机而不是母板。而且200A的电流尖峰很常见,随后就可能是低功耗的空载状态。汽车锂电池的电压取自100个串联电池,它们的老化程度不同、来自多个制造批次、随温度变化差异,因此即便具有相同库伦的电池也可能存在相聚很大的充电水平。”

l波形综合分析软件:通过以太网将512M的波形大数据导出到上位机进行进一步的离线分析。

针对不同的总线技术,泰克科技的陈文权介绍了用于数字串行接口系列数字示波器DPO/MSO4000可以分析SPI、CAN、LIN和FlexRay,以及FlexRay物理层的分析软件DPO4AUOTMAX。

  1. CAN FD(CAN with Flexible Data rate): 在汽车领域,随着人们对数据传输带宽要求的增加,传统的CAN总线由于带宽的限制难以满足这种增加的需求。此外为了缩小CAN网络(max. 1MBit/s)与FlexRay(max.10MBit/s)网络的带宽差距,BOSCH公司推出了CAN FD 。

针对不同的定位,NXP将车载多媒体产品家族分成了Vicaro 和MuVi。Vicaro支持标清电视和HD ready,采用的是NXP 集成了TM3260和3282系列DSP的PNX95xx平台;MuVi是更高端的多媒体处理器SoC,徐伟杰透露目前已经推出的是在采用ARM11的PNX9610平台上的MuViHD1,NXP计划将ARM Cortex9纳入后续的MuVi系列中,并且正在考虑采用多个Cortex9核的PNX9640平台。

1)免费标配30余种协议解码:包括汽车电子行业常用的CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD。与业界其他示波器需要付费选配,且普遍只支持一帧波形解码相比, ZDS4054Plus可支持基于512M存储深度的70s CAN波形解码,其大存储可以保证监控整个通信过程,如图3、图4所示。

经济的低迷也许会滞缓汽车电子市场的发展,但绝改变不了技术所引领的方向。这是国际主流汽车半导体公司通过深圳2009年中国汽车电子技术应用高级研讨会向业界透露的信心。

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富士通微电子产品经理丁洁早介绍了FlexRay 面向的是众多的车内线控操作(X-by-Wire),例如:通过多输入设备进行Steer/Shift by wire、利用集成的刹车系统实现Brake by wire、HEV汽车的电池控制和悬停等等。

图1 LIN总线在汽车上的使用

卢志豪建议用电压测量进行SOC评估,通过准确测量每节电池的电压来了解电池的SOC。运用的技巧是通过考虑电流和温度对电池ESR和容量的影响,以改善电压测量的准确性。从30%至70%的SOC,电压变化一般为200mV至5mV%SOC。当某些电池过充电而另一些电池欠充电时,可以采用“电池平衡”方法调节每节电池的充电水平。

图9 波形上升斜率的测量

当前汽车总线主要包括用于车身控制的CAN、LIN,用作底盘控制的FlexRay和信息娱乐系统中的IDB-1394和MOST。CAN依然占据汽车总线的主流地位,但是英飞凌车身电子系统市场部经理李世铭在IATF2009上表示,低速CAN的市场份额将会逐步被LIN所占领。

3. FlexRay:是一种较新型的通信通信协议,传播速度比CAN和LIN更快,可靠性也更高,但其成本也更贵。FlexRay的缺点:其电气特性导致网络长度会受到限制。FlexRay的实际产品只有应用在宝马、奥迪、奔驰上。2009底,FlexRay的联盟解散。协议应用的广泛性远不如前两者。

随着数字高清电视的逐步普及,再加上2013年Blu-Ray播放器将停止模拟输出,使得IDB-1394找到了接入后座娱乐市场的良机。1394高速传输技术的第一种标准是IEEE1394-1995,这个版本允许数据达到400Mbps,第二个版本是1394a-2000,它增加的功能例如异步数据流和串联包。1394a-2000可以支持800Mps的数据速率。近年来,支持1600Mps和3200Mbps的也加入到这个标准中。1394汽车标准1394b-2000已经在2000年得到批准。

二、汽车电子行业对示波器参数和功能的要求

卢志豪也表示高性能锂电池已经成为HEV/EV当前应该优选的电池类型,它的的能量存储密度比上一代的镍氢电池有了大幅度的提高,采用磷铁锂作为负极材料的锂电池存储密度可以达到70-120Wh/kg,并且在工作的温度范围,安全性和环保方面都有出色的表现。

图3 免费标配30余种协议解码

文章来源:盖世汽车网

  1. CAN(Controller AreaNetwork):CAN 控制器局域网络,已经成为一种国际标准,其芯片类型达到上百种。具有高可靠性和良好的错误检测能力,所以在汽车和嵌入式领域应用广泛。

除了IDB-1394或者MOST等车内多媒体的网络技术,车用的视频处理器SoC市场也将在未来的数年内呈现高速增长,CAGR将达到21.4%,其中高端SoC的年平均增幅接近50%。NXP半导体汽车电子事业部的技术和应用市场经理徐伟杰表示,高端处理器能够解码高清和标清的视频内容、支持蓝光格式、接收全球不同的数字电视信号,并且应该具备高级的HMI和导航系统以及网络联接。而中端的产品应该支持标清内容的解码、地面数字电视和DVD播放等。

lFIR硬件实时滤波:每个通道内置50Hz到200MHz范围的滤波器,适用于过滤掉无用信号、观察特定带宽的场合;

谭斌介绍说,汽车工业对电子元器件的质量要求主要分为三类:ISO/TS16949国际汽车行业质量体系标准,这是在美国汽车三大巨头(通用,福特和克莱斯勒)发起的QS9000基础上发展起来的;电子元器件质量,包括AEC-Q100有源器件负荷测试认证规范和AEC-Q200无源器件负荷测试认证规范;EMC/EMI保护,包括CISPR12和CISPR25。

图5 双ZOOM模式

图7 24种参数同屏显示

SENT(SAE J2716) 为汽车传感器新型接口标准,较模拟输出和PWM 输出相比,具有很好的EMC特性,节省线束,节省插针结头的低成本方案,并且能传输故障代码从而使传感器系统具有很强的故障诊断能力。SENT 将在局部系统中广泛取代CAN和LIN。

图2 CAN FD数据帧帧格式

在汽车的通信过程中,大家最熟悉的应该是CAN总线。除了CAN总线外,还有以下几种。接下来,我们一一来看。

2.LIN(Local Interconnect Network )总线:其易于实施、成本低、可应用在对实时性要求不高的场合。例如车灯、车门、座椅和雨刷之类的控制是其应用领域,它作为CAN网络的有效补偿,最大的优势在于成本低。首先主要是因为它采取UART的数据格式,所以无需独立的控制器,在UART上以软件实现即可。LIN总线在汽车上的使用如图1所示。

2)大存储深度:不是简单的对一帧波形解码,而是可以完整的监控整个通信的过程;

CAN FD继承了CAN总线的主要特性,同时CAN FD总线弥补了CAN总线带宽和数据场长度的制约,CAN FD总线与CAN总线的区别主要在可变速率和新的数据场长度两方面。其数据帧帧格式如图2所示.。

图6 LIN协议的解码

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