在由AspenCore主办的2023国际AIoT生态发展大会的智能网联汽车分论坛上，泰克科技技术经理刘剑分享了“智能网联汽车中车载以太网测试挑战与分享”主题演讲。
他表示，现在新能源智能网联汽车有很多比较火热的技术方向，包括了智能汽车外围传感器、摄像头、毫米波雷达等等，还有软件定义汽车，新一代电子电气架构带来的车内网络在不断地升级。
下图说明了在新一代电子电气架构下，车内的网络会越来越向着中央计算架构去集中。这里面少不了中间的骨干，就是车载以太网的带宽会越来越高，因为它要承载更多的数据，去连接更多的外围传感器。未来甚至还会出现车载以太网，有可能会有这样的变化和机会去替代。这些都是比较美好的期望，但是也告诉我们，车载以太网的带宽一直在不断增加。
下图是一个相对应的关系，智能驾驶分为很多不同的层级，每跃升一个层级，算力就翻10倍。同样，对于车内网络来说，算力增加也就意味着数据的交换或者接触的数据也会越大，带宽也是会以10倍的关系向上增长。
下面是简略的框图。以往传统汽车都有分布式的电子架构，ECU的连接比较繁复，总线速率会比较低。现在域控或者中央计算的架构，会有不同的中央域控制器，会连接不同的传感器。域控制器和域控制器之间的数据交互，就意味着它要去承载包含了这么多的不同内容的ECU带宽，所以带宽会越来越宽。现在车内的百兆千兆车载以太网越来越普及，甚至还有5G、10G，也在讨论应用，也在做一些新的设计，这些离不开以太网的不断升级。它是不断在演进的技术，以太网发展了很多年，借鉴了传统的以太网，使得车载以太网有更多的可能性。
车载以太网不管是百兆也好，千兆也好，为了减少车内线数占的重量，都采用单对的双绞线。不管怎么说，它的车内线路环境比较复杂，传输带宽不断地增加，也意味着物理层各种各样的技术值得思考。百兆和千兆采用PAM3的调制方式，同时传输距离会很长，标准是在15m，但在一些大型客车、卡车应用上，到40m都有可能。
PAM3跟原来的二进制比特有一些区别，用更加复杂的编码方式，提升在单对双绞线这种有限的信号带宽下，传输更多的数据速率。我们想象一下，如果只是二进制0101，去做判定的话，相对来说裕量比较大，采用多电频的调制，留给我们去做判决的裕量就越来越小，这对我们信号的信噪比有了更高的要求。
从它的标准来看，不管是百兆千兆，都会在不同的工作组，去负责物理层，包括协议的制订。同时还有Open Alliance，它本身是由很多传统知名的车厂发起的，这是为了将车内以太网更好用在汽车行业。在物理层，像100BASE-T1去定义它的标准。同时在最底层，因为我们最后专注的产品是ECU或者DCU，它是由TC8这个规范去做定义。
前面看的是列表和标准的情况，下面是一些实际的波型。
有了标准以后，在车的环境里面要保证通信正常运行，就需要非常丰富或非常完善的车系统测试方案来满足它的要求。在Open Alliance里面定义了很多测试，但很多时候我们专注在物理层，就跟PMA有关，还有会涉及到一些MDA的接口测试等等。
物理层首先要做PMA的测试，以下是PMA所关注的测试列表。当然，对于百兆和千兆的一致性测试，它的一致性测试就是保证待测接口出来的信号没有问题，这样在与别的产品互联的时候就能够确定，这个信号是合格的。这样在一个联盟里就可以实现更好的互联互通。
所谓的一致性，也即在标准的接口通过标准的夹具去进行特定测量下的测试。这种一致性测试其实就是断路的测试，比如在不接任何的设备、在专门的测试模式下去做测试，对不同的测量项会有不同的测试码型来满足要求。一致性测试是有专门的测试夹具，发指定测试码型，在特定测量下进行性能的评估。
到了2.5G、5G、10G以后，传输速率也发生了变化，测量上也有一定的变化。它更多会借鉴以前采用的信号，比如100G的以太网，甚至400G以太网等等，涉及到这样一些测量项目。测量项发生了很多变化。
泰克很早以前就开始做一致性测试的Open Alliance联盟测试方法，测试标准的参与制订。
泰克有专门的测试软件平台，TekExpress测试平台，下面是图片列表。
这里要注意的是，Open Alliance是一个联盟，但在每个车厂里面，针对不同车型，甚至车厂内部有自己的标准定义。“所以我们提供了这样一个可能性，我们可以自己去定义我们的容限，帮助我们做自身车厂或者企业内部的标准制订。”刘剑表示。
从测试的角度来说，要有专门的测试夹具，所以会有一些列表，泰克会跟相应的测试夹具满足不同厂家的连接器，去做对应的测试。
对于5G、10G、2.5G也一样，对带宽的要求会更宽，因为信号带宽更大。但是在软件和客户体验上是一样的。泰克的示波器会覆盖从2.5G一直到59G不同的带宽，供大家去选择。
对芯片或对环境测试要求比较苛刻的情况，往往会对不同的温度做不同批次的测试，确保性能的稳定性。在泰克的软件里面就提供了这样的选择，它可以进行迭代的测试，帮助大家更全面更自动化地去评估芯片或者产品的接口性能。
前面讲到断路测试会以标准的夹具去连接待测端口进行测试，这里有一个问题是，最终所有的产品都要在实际环境里面去做连接验证，这就带来了更多的问题，因为其中包含了线路，连接器，不同的ECU，甚至包括传感器，这背后又是不同的芯片解决方案，这里面的工作就很多。在这样一个复杂的汽车环境里面，怎么确保连接的可靠性稳固性呢？这时候就需要超越一定测试手段，去帮助分析真实环境下的信号质量怎么样。
下图是PAM信号的解释。
如前所述，所涉及的电平越来越多，留给我们噪声的裕量就越来越小，对信噪比要求就越来越高。在一定测试通过的情况下，但在车用环境里出现问题，要怎么找到问题呢？就需要用更好的工具去做。
车内环境里是通过单对的双绞线，将收发叠在一起同时传信号。再加上多电平，就没有办法进行区分。要想识别分别的信号指标，用传统方法就很难实现。
一直以来也会有一定的测试方法，就是首先从信号里面分离出不同方向发出来的信号。传统的方式是在双绞线里面串入并向的耦合器，这样就可以让信号只能从一个方向流到示波器上去，对端发过来的就流不上来。通过这样的方法，就可以在物理上把信号做收发分离。但这里有一个很大的问题，就是定向耦合器一方面破坏了真实的线路连接，因为不但要把这个线剪断，它是同轴连接，还要把线转成同轴连接连上去。同时，这种定向耦合要保证车的正常通信，所以它的耦合衰减会比较大，通常是10dB。采用PAM3本身就对信号比要求比较高，这时候信号在这么长的传输里面衰减了，又破坏了真实的环境，所看到的信号就已经不是真实信号，甚至所看到的信号是错误的，因为信噪比已经恶化了，刘剑指出。
所以，泰克就提一个新的测试方法来帮助更好地进行信号分离。
从上图中右下角可以看到，它是利用专利算法和电压电流探头，将其直接挂在线上面。这时候不需要破坏线，同时没有定向耦合器的衰减，这样就可以最大程度保证信号的信噪比。识别多电平信号时，信号质量会做到最佳。因为本身通信出问题，就是信号有问题了，所以要无损地去分离出信号，这是做信号分析的关键。
“我们就是利用电压电流探头，结合专利的算法去做这样一个信号的分离。有了这样的信号分离以后，这是一个实际测试的实例，上面这个信号比较乱，就是收发混在一起的信号，通过电压和电流探头和专利算法分离出来底下这两个。这个一看就是在近端发出的信号，远端有一定衰减的信号，这个一看就是标准的PAM3信号。有了这个以后就可以做很多事情了，一方面如果关心的是协议解码，就可以利用示波器解码功能解出来，如果是定标要评估信号质量，我们还有PAM3信号分离软件，帮助我们更好地去定标识别信号质量。”刘剑说。
下面是泰克为真实客户应用所推出的软件，PAM3的信号分析。它可以分析PAM3信号的指标，同时还可以分析它的抖动，包括线性度等等。这样可以帮助我们更好地量化实际连接中所测试到的信号质量。换句话说，它可以帮助评估经过振动测试以后，通信是否正常，包括用不同的连线长度，不同的供应商，是否能满足要求。甚至用不同的适配方案，都可以利用这个软件帮助更好地做定标工作。
同时，在示波器上，除了信号定标做的测试，还可以利用示波器的解码功能帮助分析一些上层的东西，这可能涉及到一些配置、软件相关内容。“但需要注意，能够做定标协议分析，背后少不了专利的信号分离技术，在最大信噪比的情况下去分离出收发信号。”刘剑强调。
此外，它还支持各种各样的自定义搜索，可以利用示波器做采集，把通信波长一部分采集下来，可以利用搜索工具定位搜索到我们所关心的协议包。
对信号做定量分析也好，做协议解码也好，背后就是这种信号分离的技术，下图是泰克做的实际比较。“同样的一个信号，如果是右边的图，大家一看就比较差，那是用了定向耦合器，因为它天生破坏了链路，测出来的信噪比确实会恶化。左边这个就好很多，Vpk-pk 2V，是右边这个图的10倍。这是所有的基础，也是我们希望能帮助到大家的方案。”刘剑表示。
这是实际测试所看到的情况，因为很多真正的域控也好，或者是ECU，在整车的振动测试，线束会失效。如果去做线束的质量信号分析，往往不够直观，所以很多客户都要确定线束或者整个系统经过测试以后是否还稳定。
同时，还确实碰到一种情况，就是采用不同的芯片方案，因为最终还要实现芯片的可靠性，还有供应链的要求，所以我们往往会不断地评估不同的芯片，这中间会涉及到很多互联互通的问题，在一致性测试方面是很难评估出来的。
另外，以太网从去年开始已经大量地开始上车了，因为只要涉及到高档车的自动驾驶，高级的辅助驾驶，很多时候都用到了车载以太网。
这是具体的连接，可以利用示波器的最多八个通道，同时连电压电流，在近端和远端都可以同时连接。这样可以同时看近端发出来的信号和远端是什么样的。如果对信号要求更苛刻，这时还可以再进一步优化信号分离的信号质量，一个电压探头配合两个电流探头，泰克的电流探头是两个G带宽的，完全没问题去做信号分离。利用两个电源探头，就可以再进一步地提升信噪比，从而更接近真实信号的情况。这时做信号分离效果会更好。所以，泰克支持各种各样的连接方式，可以看单端，也可以看收发。
以下是泰克推荐的配置，采用5系或6系示波器。如果涉及到千兆以太网，最大的差别就在于电流探头，因为泰克有独一无二的两个电流探头，只有这样才能把信号完整地捕获下来。对于百兆相对来说要求比较松一点，刘剑指出。
“如果未来还涉及到PAM4的8G测试，从我现在的观察来看，很多工程师人员对这个信号不太了解，包括以前我涉及到这些做服务器也好，做网口交换机的也好，可能大家觉得我测这个东西，用软件一跑，测得过就测得过。测不过怎么办？不知道，因为这里面涉及到很多芯片的设定，包括一些配置等等问题。其实在8G这块，我们有个专门的PAM4信号的分析软件，可以帮助做一定测试之前调好PAM4信号，也可以覆盖各种各样的测试分析，包括基于实际采集波形的误码测试。”刘建介绍说。
下图右下角是个60Gbps的信号，我们检测它的误符号率是怎么样的。它里面还可以结合示波器各种各样的工具，帮助我们优化设定。
下图是一个实例。“这是我前一段帮客户做PAM4信号测试的时候，他拿到这个信号，有芯片厂商推荐给他的测试，但他的测试就是不过。为什么？其实就是因为真正我们看这个通信系统，在PAM4评估的时候要测它的信噪比，涉及到冲击响应，我们的PAM4软件能够画出来这样一个冲击响应是怎么样的。这个冲击响应可以直接地对应到我们在发射机的FFE是什么设定，可以达到更好的效果，原理就在右上角。我们所有做的工作都是让发射机冲击响应越窄越好，后面越平越好，能量越集中，信噪比就会越高。这是原始的发射机测试的结果，通过冲击响应的工具，就知道我们要怎么去调FFE，最后调出来的发射机是这样的。这时候做测试的时候就很轻松了，因为肉眼一看，信号就优化很多了。这就是我们从测试以外，通过一些工具，帮助工程师更快更好地对车载以太网不同数据产品进行测试的方法和工具。测试为先，这是我们提出来的一个概念。”刘剑表示。
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