為什么汽車電子行業(yè)的工程師偏愛這款示波器？ - 全文

張涵予說，你選擇的車，讓別人看到你的樣子，你的經(jīng)歷，甚至你的未來。對于汽車電子行業(yè)的工程師來說，選擇一款稱手的示波器也是如此。今天來聊如何用示波器盡可能地“侵入”汽車內(nèi)部？

如今，汽車已經(jīng)成為人類生活中最主要的交通工具。看著大街上擁堵的汽車，各大廠商各顯其招。將當下最熱門的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于汽車上，也就是“車聯(lián)網(wǎng)”。例如國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里巴巴聯(lián)手上汽，將其萬物互聯(lián)的概念覆蓋到汽車領(lǐng)域。

就目前來說，大多廠商的“車聯(lián)網(wǎng)”僅是基于傳統(tǒng)的OBD接口作為獲取車載狀態(tài)的接入點。并不能獲取汽車的所有通信數(shù)據(jù)。那么汽車電子行業(yè)真正的測試需求是什么，或者說我們通過什么去真正的“侵入”汽車內(nèi)部？

一、從車用總線說起

在汽車的通信過程中，大家最熟悉的應(yīng)該是CAN總線。除了CAN總線外，還有以下幾種。接下來，我們一一來看。

1. CAN（Controller AreaNetwork）：CAN 控制器局域網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成為一種國際標準，其芯片類型達到上百種。具有高可靠性和良好的錯誤檢測能力，所以在汽車和嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

CAN的協(xié)議結(jié)構(gòu)中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層已經(jīng)由硬件實現(xiàn)，目前都已經(jīng)標準化，有現(xiàn)成的部件（CAN控制器和收發(fā)器）選擇。因此在單片機上加上CAN控制器、收發(fā)器，軟件實現(xiàn)相應(yīng)的驅(qū)動程序就基本實現(xiàn)了CAN的通訊功能。

2.LIN（Local Interconnect Network ）總線：其易于實施、成本低、可應(yīng)用在對實時性要求不高的場合。例如車燈、車門、座椅和雨刷之類的控制是其應(yīng)用領(lǐng)域，它作為CAN網(wǎng)絡(luò)的有效補償，最大的優(yōu)勢在于成本低。首先主要是因為它采取UART的數(shù)據(jù)格式，所以無需獨立的控制器，在UART上以軟件實現(xiàn)即可。LIN總線在汽車上的使用如圖1所示。

圖1 LIN總線在汽車上的使用

3. FlexRay：是一種較新型的通信通信協(xié)議，傳播速度比CAN和LIN更快，可靠性也更高，但其成本也更貴。FlexRay的缺點：其電氣特性導致網(wǎng)絡(luò)長度會受到限制。FlexRay的實際產(chǎn)品只有應(yīng)用在寶馬、奧迪、奔馳上。2009底，F(xiàn)lexRay的聯(lián)盟解散。協(xié)議應(yīng)用的廣泛性遠不如前兩者。

4. CAN FD（CAN with Flexible Data rate）： 在汽車領(lǐng)域，隨著人們對數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求的增加，傳統(tǒng)的CAN總線由于帶寬的限制難以滿足這種增加的需求。此外為了縮小CAN網(wǎng)絡(luò)（max. 1MBit/s）與FlexRay（max.10MBit/s）網(wǎng)絡(luò)的帶寬差距，BOSCH公司推出了CAN FD 。

CAN FD繼承了CAN總線的主要特性，同時CAN FD總線彌補了CAN總線帶寬和數(shù)據(jù)場長度的制約，CAN FD總線與CAN總線的區(qū)別主要在可變速率和新的數(shù)據(jù)場長度兩方面。其數(shù)據(jù)幀幀格式如圖2所示。。

圖2 CAN FD數(shù)據(jù)幀幀格式

5.SENT（Single Edge Nibble Transmission）：一種點對點的、單向傳輸?shù)姆桨?，被用來在汽車中?a target="_blank">傳感器和電子控制單元（ECU）之間傳輸高清傳感器數(shù)據(jù)。

SENT（SAE J2716） 為汽車傳感器新型接口標準，較模擬輸出和PWM 輸出相比，具有很好的EMC特性，節(jié)省線束，節(jié)省插針結(jié)頭的低成本方案，并且能傳輸故障代碼從而使傳感器系統(tǒng)具有很強的故障診斷能力。SENT 將在局部系統(tǒng)中廣泛取代CAN和LIN。

對于以上通信協(xié)議，我們常用的測試工具為示波器，那么要做到準確測試，需要一款怎樣的示波器？

二、汽車電子行業(yè)對示波器參數(shù)和功能的要求

1） 協(xié)議解碼：兼容所有主流車載通信協(xié)議，CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD；

2） 大存儲深度：不是簡單的對一幀波形解碼，而是可以完整的監(jiān)控整個通信的過程；

3） 參數(shù)測量：需支持波特率、總線負載率等多種參數(shù)的測量。

三、為什么要選了ZDS4054Plus？

1） 免費標配30余種協(xié)議解碼：包括汽車電子行業(yè)常用的CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD。與業(yè)界其他示波器需要付費選配，且普遍只支持一幀波形解碼相比， ZDS4054Plus可支持基于512M存儲深度的70s CAN波形解碼，其大存儲可以保證監(jiān)控整個通信過程，如圖3、圖4所示。

圖3 免費標配30余種協(xié)議解碼

圖4 70s CAN波形解碼

2） 支持雙ZOOM模式：雙ZOOM這個功能，只要用了一次，絕對不會忘記。可以為兩個窗口分別設(shè)置不同縮放系數(shù)，所以可以同時顯示兩個不同時間軸范圍的縮放波形。配合觸屏和大旋鈕的便捷操作，可以輕松對各個窗口的波形進行控制。同時基于雙ZOOM定位到問題幀，去觀察問題幀的上升下降沿。如圖5所示。

圖5 雙ZOOM模式

3） 擁有全存儲深度、全協(xié)議解碼的事件表：可以將512M存儲深度下的波形全部進行解碼，并且在事件表中顯示。事件表可以觀察到具體某幀波形的時間、幀類型、IDField、數(shù)據(jù)等信息，大大方便了我們對于波形的分析。如圖6所示為LIN協(xié)議的解碼。

圖6 LIN協(xié)議的解碼

4） 支持CAN總線波特率、負載率測量：ZDS4054 plus支持51種參數(shù)測量，24種同屏顯示，如圖7所示。唯一直接支持CAN總線波特率、負載率直接測量，所有測量都是經(jīng)過FPGA全硬件加速，即使512M波形數(shù)據(jù)測量不到1s即可。如圖8所示為CAN總線波特率、平均與瞬時負載率測量。

圖7 24種參數(shù)同屏顯示

圖8 CAN總線波特率、負載率測量

5） 支持頻率/上升沿斜率測量：測量波形上升下降沿斜率，正負脈寬等，如圖9所示。

圖9 波形上升斜率的測量

除以上功能外，你可能還需要以下功能：

?FIR硬件實時濾波：每個通道內(nèi)置50Hz到200MHz范圍的濾波器，適用于過濾掉無用信號、觀察特定帶寬的場合；

?4M的FFT功能：采樣率為4GSa/s，在1G采樣率下頻率分辨率可精確到250Hz，準確分析電路中的干擾噪聲來源；

?波形綜合分析軟件：通過以太網(wǎng)將512M的波形大數(shù)據(jù)導出到上位機進行進一步的離線分析。

圖10數(shù)據(jù)挖掘型示波器