車載高速網路測試不可少(3)

供稿單位: 是德科技
2023 年 05 月 16 日

汽車產業開始將重心轉移到全自動駕駛汽車和純電動車,為此,車內需配備可靠的網路。車內的重要資料不能夠因為保險槓與顯示器之間有任何干擾而遭到破壞或改變。為確保萬無一失,車主必須以可重複的方式和標準化的極限值測試系統元件,確保不同供應商提供之元件可彼此互通。

對接收器進行實體層驗證

有兩種主要方法可測試接收器的效能。

回返模式測試

將DUT設為回返模式(Loopback Roundtrip),並將資料傳送到位於媒體存取控制(MAC)層的DUT。接著,資料會反轉並傳送回發射器。測試人員需確保傳輸的資料與傳回的資料完全一樣。理想狀況下,分析儀是Golden device(圖5)。

圖 5 在回返模式下,DUT會將接收到的資料傳送回發射器,並與Golden device進行比較

循環冗餘檢查模式測試

循環冗餘檢查(CRC)模式下,將資料單向傳送(下行)到DUT內部後,測試人員會看到CRC錯誤計數器。每當封包進入DUT,如果CRC不正確,就會計為一個錯誤。這是一種單向測試。工程師需在下一次讀取數值之前,讀取並重置計數器(圖6)。

圖 6 實體層內的錯誤計數器範例

符合車用網路規範

汽車乙太網路和標準化汽車SerDes是最普及的兩種車載網路,它們都制定了在實體編碼子層(PCS)中進行接收器測試的規範。

汽車乙太網路

首先,由於汽車乙太網路具有全雙工訊號傳輸特性,想要讓接收器接收訊號,以便執行汽車乙太網路測試,唯一的方法就是建立一條連接。這個方法跟高解析度多媒體介面(HDMI)、PCIe和USB等其他標準很類似。因此,測試人員必須先建立連接,才能開始傳送封包。連接建立完畢後,資訊就會在實體層之間來回傳送,以便維持連接。

然而,使用此方法測試汽車乙太網路時,請特別留意一點。由於測試人員使用一對纜線來接收和傳送資料,並在兩個方向使用相同的缺損,因此常常會搞不清楚位元錯誤到底是出現在下行路徑中,還是在從DUT回傳的路徑中。測試人員不可能將DUT的接收器與發射器功能區隔開來。

因此必須及早在設計週期中進行測試,以便了解裝置與系統中其他零件的交互作用,進而節省後期修改設計的時間。由於乙太網路是一種封包技術,只要有一個位元損壞,整個封包都必須丟棄。

汽車SerDes系統

汽車SerDes連接是不對稱的,因此下行連接或前向連接的資料速率遠高於上行連接或反向連接。它們的調變格式也不一樣,下行連接使用PAM4等高階調變來實現更快的資料速率,而速度較慢的上行連接資料則使用NRZ編碼。調變格式的改變,使得測試方法也需跟著測試流量方向而調整。畢竟,下行連接接收器的工作比上行連接接收器繁重很多,因此測試方法必須能夠反映這一點。

此外,汽車SerDes系統使用的誤差修正方法可能也跟乙太網路不一樣,因此測試細節也會有所差異。例如,測試人員可使用AWG,根據MIPI A-PHY規格制定的雜訊特性,來產生複雜的雜訊配置檔,並將它加入待測接收器和連接夥伴之間的主動連接。

改變雜訊特性

在不同頻率和振幅下,雜訊配置檔會使用不同的訊號類型。將雜訊耦合至連接的元件,會導致AWG輸出大幅衰減,因此需進行放大。如果有雜訊,DUT的暫存器空間會維持一個錯誤計數。測試人員可透過邊頻通道或連接夥伴來存取暫存器,以便確定BER值。即時示波器或頻譜分析儀等儀器可校驗放大與耦合夾具輸出端的雜訊位準。接收器的設計可處理傳輸資料中的任何缺陷。

模擬真實環境

汽車中隨時都會出現寬頻環境雜訊源和間歇性暫態事件,而接收器則負責對連續符碼流計時。測試人員可產生同時包含所有雜訊源的波形,因為測試人員可以用數學方法來呈現。MIPIA-PHY等標準定義了A-PHY接收器必須承受的雜訊源類型、頻率和振幅,以維持適當的BER位準。

其目的是驗證測試配置,是否可達到各種標準對DUT介面定義的可接受BER(Acceptable BER)位準。然而,將所需的串擾、寬頻雜訊、快速暫態雜訊和隨機雜訊同時傳送到DUT,不是件容易的事,過程中會遇到許多挑戰。藉由測試各種雜訊源的組合,以便模擬這些挑戰,測試人員可了解接收器在實際應用中的表現,以避免因資料遺失而帶來災難性損失。

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