車載以太網成為面向未來應用的新型車內網絡
車載以太網，簡而言之，即將熟悉的數據通信網絡中的以太網技術經過修改和優化，以應用在汽車上，使其能滿足未來車內高速通信的需求
車載以太網的歷史并沒有那么久遠。雖然很多年前就已經開始了這項技術的研究，但是IEEE是在2015-2016年才形成了IEEE802.3bw以及802.3bp標準，分別對車載以太網100M速率（簡稱100base-T1）以及1000M速率（簡稱1000base-T1）的通信標準做出了明確的規定。近兩年又推出了IEEE802.3cg以及IEEE 802.3ch，分別制定了車載10M速率（10base-T1S）以及車載2.5G/5G/10G速率（MultiGbase-T1）標準。與此同時，OPEN ALLIANCE聯盟也對ECU級的測試項目和評估標準做出了規定，目前TC8主要針對100/1000base-T1的ECU測試，而MultiGbase-T1會在TC15中完成。
車載以太網發展迅速，越來越受到汽車產業界的重視。尤其在隨著5G、車聯網、無人駕駛等應用的出現，傳統的低速總線技術無法滿足多傳感器、攝像頭數據等大數據量的傳輸要求。同時，V2X也對通信低延遲和實時性提出了嚴苛需求。因此，廠商紛紛借助車載以太網來構建新型車內網絡。
總線速率的提升為工程師測試帶來挑戰
在以CAN/FlexRay等為代表的低速總線中，由于數據傳輸速率較低（例如普遍使用的CAN總線速率最高為1Mbps，而常用的為500Kbps），工程師在調測時，往往更多側重于模塊功能化調試。示波器作為常用工具，在調測時比較容易，且示波器具備的協議觸發和解碼功能可以幫助工程師捕獲特定 CAN信號幀并解碼查看，定位故障。如圖1所示。
圖1 CAN總線解碼功能示意圖
然而，在對更高速的車載以太網接口做驗證時，情況會復雜很多，需要進行物理層一致性測試。
首先，隨著被測信號速率的提升，為了保證信號完整性需要使用更大帶寬的示波器。選擇示波器的帶寬時，可參考表1。
表1 車載以太網速率測試所需示波器帶寬
IEEE 802.3協議和OPEN ALLIANCE針對各個不同的速率也明確規定了不同的測試項目及評估標準。以最新發布的10G速率的IEEE802.3ch為例，發射端物理層的測試內容包括最大輸出壓降，發射端線性度，抖動（確定性抖動/隨機抖動），功率譜密度，差分電壓峰值，時鐘頻率，回波損耗等測試項目，其中回波損耗需要使用矢量網絡分析儀來測試。
工程師憑借調試低速總線的經驗，通過手動測試可能無法有效完成這些測試任務。例如：在低速總線測試時，比較少關注抖動細節，更沒有討論確定性抖動或隨機抖動的必要。功率譜密度，回波損耗這些指標也很少涉及；最大輸出壓降的測試原理比較簡單，但是測試過程繁瑣，要求能夠準確測試信號波形中距離第一個過零點4ns位置和16ns位置的電壓差。如果手動測試，不僅效率低，而且會由于人為設置測量而造成誤差；高速信號的測試對連接夾具也提出了高要求，不合格的夾具可能導致過大的衰減，導致測試結果失敗。
一致性測試方案讓自動測試成為可能
羅德與施瓦茨（以下簡稱"R&S公司"）的示波器可以提供K24（100base-T1）, K87（1000base-T1）, K88（MultiGbase-T1）, K89（10base-T1）車載以太網一致性測試軟件。如圖2是RTP系列示波器的10Gbase-T1的軟件界面，支持的測試項目與IEEE 802.3ch發射端的定義保持一致。
圖2 RTP-K88 10Gbase-T1測試軟件界面
以10G速率車載以太網為例，從以下幾個方面來了解測試時的注意事項，以及一致性軟件是如何簡化測試過程。
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在使用示波器捕獲被測信號時，需要按照IEEE 802.3ch的定義，對不同的測試項需要配置被測件發出指定的波形。需要指出的是，即使使用一致性測試軟件，也需要工程師能夠控制被測件能夠發出正確的測試波形。例如在測試MDI Jitter Master mode時，需要被測件發送Test Mode 2波形；在測試Transmitter Maximum Output Droop時，需要被測件發送Test Mode 6波形。
一致性軟件會根據選擇的測試項目，給出連接向導和所需發送波形的示意圖，如圖3所示。工程師在開始測量前可預先檢查連接情況以及被測件是否發出了正確的被測波形。
圖3 一致性測試軟件向導
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捕獲到符合要求的波形數據后，需要根據規定的分析方法，經過大量的計算得出各個測量指標的數值，進而和標準對比來判斷是否符合需求。
一致性測試軟件會大大簡化分析過程。軟件會在捕獲到波形后，自動進行計算，給出測試指標并與IEEE標準規定進行對比，同時保存截圖，匯總生成測試報告。如圖4所示為發送Test Mode 2波形時，得到的隨機抖動（Random Jitter）的結果和分布曲線等。
圖4 一致性軟件測試報告示意圖
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在實驗的可重復性方面，不同的工程師測試時或同一工程師對不同的被測件測試時，會由于對示波器的基本參數設置的不同，造成測試結果的差異，使得結果難以比對。而一致性測試軟件不會涉及該問題，只需要工程師在測試時根據測試場景設置合適的參數（可使用默認參數），方便工程師對優化前后的產品性能做對比。
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車載以太網是用于車內網絡通信的技術，目前還沒有規定統一的接口形態（不同于10/100/1000base-T均使用RJ-45接口）。通常不同廠家甚至同一廠家的不同產品會具備不同的接口形態。因此在將被測件的信號接入到示波器或者矢量網絡分析儀時，需要使用高質量的夾具以減小對信號的影響。
圖5 RT-ZF7A夾具示意圖
R&S公司針對此連接的需求，也提供了RT-ZF7A夾具。如圖5所示，RT-ZF7A具備優秀的射頻性能，一端通過焊接方式連接不同類型被測接口，另一端通過標準SMA接口連接線纜至示波器端口，保證信號完整性。
綜上所述
R&S公司可以提供高帶寬示波器和矢量網絡分析儀，并且具備完善的從10M速率至10G速率的車載以太網一致性測試方案。另外，針對工程師調測總線的需求，R&S公司的示波器也具備100base-T1和1000base-T1的觸發解碼軟件以及夾具，幫助工程師從容應對新型車內總線的研發與測試工作。
