聚焦高帶寬、多通道同步采集與協(xié)議分析

當汽車從機械代步工具進化為移動智能空間，一場關于“感知、思考、行動”的電子革命正在悄然發(fā)生。在智能網(wǎng)聯(lián)汽車和自動駕駛技術快速發(fā)展的背景下，由車載總線、智能傳感器和電驅(qū)系統(tǒng)構成的復雜車載電子系統(tǒng)正在將汽車電子測試由單一信號捕捉轉變?yōu)橄到y(tǒng)級綜合分析，這無疑對汽車的測試解決方案提出了更高要求。如何在高速信號捕捉、多通道同步采集以及復雜協(xié)議解碼之間取得平衡，成為汽車行業(yè)的技術人員面臨的共同挑戰(zhàn)。本文將從測試難點和解決方案角度，探討解決方案中涉及的關鍵技術點。

車載總線：智能汽車的“神經(jīng)網(wǎng)絡”健康診斷

車載總線測試涵蓋物理層信號完整性、協(xié)議兼容性、網(wǎng)絡負載壓力及低功耗管理四大維度，直接決定了整車電子系統(tǒng)的通信可靠性與協(xié)同效率。作為連接ECU的“數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)絡”，總線的微小異常可能導致自動駕駛指令延遲、車身控制失效等系統(tǒng)性風險。

高速總線信號捕捉與細節(jié)還原

現(xiàn)代汽車系統(tǒng)涉及多種高速數(shù)據(jù)傳輸接口（如車載以太網(wǎng)、MIPI、USB、eDP等），如何驗證高速信號系統(tǒng)的邊沿細節(jié)、碼間串擾、抖動特性等重要指標，是確保信號質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提。工程師往往需要高性能的信號捕捉和分析設備來對高速總線信號進行分析，如高性能示波器、誤碼儀等。

RIGOL的示波器如DS80000系列，具有最高可達13 GHz的帶寬和40 GSa/s的采樣率，能夠精確捕捉高速信號并高保真地還原信號細節(jié)，結合眼圖和抖動分析功能，能夠幫助工程師快速分析信號是否符合相關標準。此外，RIGOL還提供LVDS、車載以太網(wǎng)、MIPI D-PHY、USB等高速總線合規(guī)性分析解決方案，為車載高速接口的測試提供強有力的支撐。

復雜通信協(xié)議的解碼與分析

面對CAN/CAN-FD、LIN、FlexRay等多種總線協(xié)議，測試平臺不僅需要捕捉物理層的高速信號，還要實現(xiàn)數(shù)字信號的有效解析。如何準確還原通信過程、識別異常數(shù)據(jù)幀和檢測觸發(fā)失效，是現(xiàn)代測試方案中必不可少的環(huán)節(jié)。

針對汽車電子常見的總線通信（CAN/CAN-FD，LIN，F(xiàn)lexray，SENT等），RIGOL數(shù)字示波器提供內(nèi)置的協(xié)議分析功能。用戶可以自行選擇總線協(xié)議，配置相應的解碼參數(shù)，通過數(shù)字示波器的界面實時查看事件數(shù)據(jù)，排查通信異常。與此同時，大存儲深度的設計可以支持捕獲更長時間的測試數(shù)據(jù)，結合內(nèi)置的搜索導航，事件表跳轉功能可以幫助工程師快速定位長記錄數(shù)據(jù)中的特定異常幀，大大提高了調(diào)試效率。

車載傳感器：環(huán)境感知的“真實世界”鏡像

車載傳感器測試涉及信號鏈保真度、環(huán)境適應性及多源融合效能，是智能駕駛系統(tǒng)感知決策的基石。作為汽車的“電子感官”，傳感器的毫厘之差可能導致系統(tǒng)對現(xiàn)實世界的認知偏差。

多通道同步采集與時序校驗

隨著車載系統(tǒng)功能的集成度不斷提升，汽車ECU周邊傳感器數(shù)量也在不斷增加，對于測試的要求也在提升。這要求工程師將測試方式從單器件測試轉變?yōu)橄到y(tǒng)級測試，對于測試數(shù)據(jù)量的處理以及對于高精度測試設備的集成度都提出了要求，尤其是對于多路時間或者數(shù)據(jù)同步有較高要求的傳感器測試，高精度的多通道同步采集顯得尤為重要。實現(xiàn)各通道間時間基準的精準同步，是跨通道時序校驗和故障定位的關鍵。高精度的同步時鐘分發(fā)與低抖動觸發(fā)機制，能夠確保在多路數(shù)據(jù)捕獲時，各通道數(shù)據(jù)能在一致的時基下進行聯(lián)合分析，為整體系統(tǒng)調(diào)試提供可靠依據(jù)。

為應對多路同時捕獲數(shù)據(jù)的需求，RIGOL能夠提供單機單通道數(shù)據(jù)采集模塊，多通道單機數(shù)據(jù)采集和分析設備，以及系統(tǒng)集成最高512通道的高精度同步采集解決方案，可以滿足多種工況下的測試需求，通過低抖動的時鐘分發(fā)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)各通道在同一時間點觸發(fā)采集，確保不同數(shù)據(jù)流之間的時間對齊。這樣不僅便于跨通道時序分析，還能在多個總線同時運行時，準確捕捉整體系統(tǒng)狀態(tài)。

環(huán)境適應性與系統(tǒng)級集成

車載電子設備常常需要在極端溫度及嚴苛環(huán)境下工作，需要做好極端工況的驗證工作才能確保車載電子設備的穩(wěn)定可靠。這不僅對于車載設備的設計和開發(fā)提出了嚴格的要求，對于配套的測試設備也一樣。因此測試儀器在保證高精度測量的同時，還需要具備寬溫設計和高度抗干擾能力。除此之外，單個的測試機臺往往需要有多種測試設備同時工作，對于空間的要求也會比較高，測試設備的形態(tài)和控制同樣也是工程師需要考慮的問題。

RIGOL提供極端工況下的數(shù)據(jù)采集解決方案，考慮到汽車電子測試環(huán)境的特殊性，測試設備的結構和散熱都需要更加嚴格的設計，確保設備在寬范圍的高低溫極端條件下依然能保持高精度工作。模塊化、緊湊型的機架設計使得設備能夠便捷安裝于標準測試機架中，并支持網(wǎng)頁控制，標準SCPI協(xié)議程控以及多臺儀器同步運作，實現(xiàn)系統(tǒng)級測試與遠程監(jiān)控。

電機控制：驅(qū)動系統(tǒng)的“毫厘之爭”

電機控制系統(tǒng)測試聚焦功率器件開關特性、控制算法精度及EMC性能三大領域，關乎車輛動力響應速度、能效轉化水平與電磁兼容性。作為電驅(qū)動系統(tǒng)的“硅基肌肉”，控制信號的細微偏差將導致扭矩波動、NVH劣化甚至系統(tǒng)宕機。

多通道高精度同步測量

汽車電控系統(tǒng)需同時采集多路傳感器信號（如電流、電壓、溫度等），并在嚴苛的電磁環(huán)境中保證時序一致性。例如，電機控制測試中需同步捕獲6路PWM信號、旋變解碼角度及CAN總線指令，任何通道間時基偏差＞1ns都會導致控制邏輯分析失效。此時的測試系統(tǒng)需要有高測試密度，納秒級的同步精度，并支持混合信號處理。

RIGOL可提供多種解決方案，如最新推出的MHO/DHO5000系列，支持最高8個模擬通道輸入，并且提供支持混合信號輸入的型號，依靠高密度測試性能，可以有效應對此類挑戰(zhàn)。

高動態(tài)范圍信號捕獲

電控系統(tǒng)信號跨度極大（如電流檢測需覆蓋μA級靜態(tài)功耗至kA級短路電流），且需在強干擾下提取微弱信號（如霍爾傳感器mV級輸出疊加10V共模噪聲）。所以如何應對高動態(tài)范圍的信號捕獲也是電控系統(tǒng)中必須要解決的測試難題，這要求測試設備能夠支持寬動態(tài)范圍的信號測量，信號拾取設備需要具備高共模抑制比以排除共模干擾，必要時還需要通過實時濾波功能過濾掉高頻開關噪聲輔助測試。

RIGOL高分辨率示波器提供最小可達100 μv/div的垂直檔位和12bit的高分辨率，即使是微弱信號也能得到精確的量化和測試。RIGOL的高壓差分探頭，光隔離探頭具備高共模抑制比特性，可以用于用于應對共模干擾帶來的測試挑戰(zhàn)。

EMC測試

在新能源汽車電控系統(tǒng)中,由于使用的SiC等第三代半導體器件的開關頻率達到了MHz級別,干擾頻段延伸至GHz,所以EMC測試的難度也相對加大,需要重點關注電控的高頻開關對于車載設備(傳感器,通信模塊等)的輻射干擾,同時也需要量化電源/信號線傳導的開關噪聲,避免引起低壓系統(tǒng)的異常。RIGOL能夠為汽車電子以及相關零部件提供從傳導到輻射的預測試解決方案,為EMC測試提供有力支持。

結語

汽車電子測試正逐步從單一信號捕捉向系統(tǒng)級綜合分析轉變，如何在高速數(shù)據(jù)捕捉、多通道同步、復雜協(xié)議解碼與環(huán)境適應性之間實現(xiàn)平衡，是當前技術應用的關鍵。本文探討的關鍵技術，展示了在這一領域中如何結合高帶寬采樣、多通道同步及先進數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)更為精準的汽車電子測試。

通過深入研究這些技術方案，業(yè)內(nèi)技術人員可以更好地理解和應對汽車電子測試中的挑戰(zhàn)，共同推動車載系統(tǒng)的創(chuàng)新與優(yōu)化。如需了解更多技術細節(jié)及最新方案，請訪問相關技術專題頁面或聯(lián)系專業(yè)客服，共同探討下一代汽車電子測試的前沿技術。