Современная электроника №9/2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 ную архитектуру с туннелированием и адаптацией протоколов, что позво- лит новым стандартам SerDes пере- сылать данные устаревших автомо- бильных протоколов по шлейфовым соединениям к соответствующему ЭБУ или межсетевому мосту. Дублирование потоков обеспечивает критически важ- ным для безопасности системам воз- можность резервирования на случай отказа основного канала связи. Соеди- нение шлейфом позволит подключить несколько портов SerDes друг к другу, агрегируя данные на линии связи, пре- жде чем они поступят в ЭБУ. И наконец, функциональная безопасность достига- ется путем обеспечения сквозных меха- низмов защиты, соответствующих стан- дарту ISO 26262. Эти функции востребованы в следую- щем поколении автомобилей, разрабо- танных с системами помощи водителю и беспилотного вождения. Но существу- ет ряд проблем, которые следует пре- одолеть, включая наличие различных кабелей и разъёмов MDI (интерфейс, зависящий от передающей среды), обе- спечение безопасности сети и совме- стимость с продукцией других про- изводителей, технические проблемы тестирования передатчиков с целью обеспечения линейности и измере- ния спектральной плотности мощно- сти (PSD) в сетях PAM-N. Также важно проверить устойчивость приёмников к электромагнитным помехам для обе- спечения работы в жёстких условиях на борту автомобиля. Это сложное изме- рение, которое включает в себя подачу заранее определённых, калиброванных уровней шума на вывод RX устройства SerDes и контроль его способности син- хронизировать символы в пределах допустимой погрешности. Тестирование на физическом уровне Функциональная совместимость – это реальная проблема. Приёмопере- датчики – это чувствительные устрой- ства, которые должны работать в чрезвычайно жёстких условиях на бор- ту автомобиля, включающих в себя теп- ло, вибрации, электростатические раз- ряды и электромагнитные помехи. Keysight разделяет три области тестирования. Первая – это передача. Вы должны быть уверены в том, что отправили то, что нужно было отпра- вить. Вторая – это возможность приё- ма, то есть то, насколько надёжно ваше устройство (шлюз, модуль, коммутатор или другой компонент физического уровня) принимает полезные сигна- лы. И наконец, это характеристики пас- сивного соединения между приёмопе- редатчиками, известного как сегмент линии связи. Проверка на физическом уровне охватывает все три эти области. Конечная цель этого тестирования – обеспечение совместимости устройств разных производителей. В одном авто- мобиле может использоваться продук- ция более 100 поставщиков, для кото- рых организации по сертификации создают соответствующие специфика- ции. Проверка оборудования по извест- ным мировым стандартам позволяет оценить его способность обеспечить целостность данных и надёжность его функционирования. Тестирование передачи В случае с передатчиком мы стре- мимся удостовериться в хороших характеристиках передаваемого сиг- нала. Поэтому мы используем прибор, действующий как приёмник – в дан- ном случае осциллограф. Тестируе- мое устройство (ТУ) переключается в ряд известных состояний, а приёмник проверяет, остаётся ли сигнал в преде- лах допустимых значений. На рис. 3 показано изображение с камеры заднего вида с горизонталь- ными полосами. Полосы соответству- ют разрывам передачи, т.е. потерян- ным пакетам. Одна или две полосы ещё позволяют видеть изображение, но вам определённо не захочется, что- бы оно превратилось в сплошные чёр- ные полосы, когда в слепой зоне нахо- дится ребёнок. Камера изготовлена одним произво- дителем, кабель – другим. То же самое можно сказать о коммутаторе, переда- ющем сигнал, центральном процессоре или ЭБУ, обрабатывающим данные, и затем о тормозах, которые в конечном итоге должны остановить автомобиль. Все они выпускаются разными произ- водителями, но должны исправно рабо- тать вместе, что подчёркивает важность совместимости различных компонен- тов между собой. Кроме того, требуемая скорость пере- дачи данных возрастает в 100…1000 раз по сравнению с пропускной спо- собностью шины CAN, а для обработ- ки высокоскоростных сигналов требу- ются более сложные решения. Схемы модуляции становятся всё более слож- ными. Прежние стандарты, такие как CAN, использовали NRZ или PAM-2, в то время как для автомобильных интер- фейсов Ethernet и SerDes используются уже PAM-3 и PAM-4. Таким образом, при тестировании передачи данных необ- ходимо проверять их целостность, что требует: ● измерения джиттера передатчика, ко- торый может быть вызван ошибками синхронизации; ● тестирования спектральной плотно- сти мощности, которая измеряется как шум в диапазоне частот (с помо- щью быстрого преобразования Фу- рье (БПФ) или анализатора спектра), поскольку дорожки печатной платы при высоких скоростях передачи мо- гут вести себя как антенны; ● измерения линейности для выявле- ния любых искажений, вызванных отражениями, которые, в свою оче- редь, могут вызвать ошибки передат- чика и битовые ошибки. В итоге нам нужно убедиться, что передача данных не вызывает паразит- ных излучений, отражений или затуха- ний, а также не создаёт помех для дру- гих схем. Если устройство не пройдёт хотя бы один из этих тестов, то это приведет к символьным или пакетным ошибкам, потерянным кадрам в при- ёмнике, то есть полосам на экране, как проиллюстрировано выше. Тестирование канала Кабель, разъём, оснастка и жгут, сое- диняющий эти устройства, представ- ляют собой канал или сегмент линии связи. Для оценки влияния канала на сиг- нал и проверки целостности сигнала между передатчиком и приёмником можно воспользоваться векторным анализатором цепей. Учитывая длину кабеля, используемого в жёстких усло- виях автомобиля, очень важно рассмо- треть зависимость импеданса от часто- ты, чтобы предсказать, как канал будет работать в автомобиле. Сегмент линии связи состоит из кабеля со штатными разъёмами и ответными разъёмами Рис. 3. Изображение с камеры заднего вида с разрывами передачи