試實(shí)戰(zhàn)：CAN FD、電容測(cè)試與Compliance)
物理層一致性測(cè)試也就是大家常說(shuō)的Compliance測(cè)試在硬件和通信接口領(lǐng)域里屬于那種平時(shí)不顯山露水、一旦出問題就能把項(xiàng)目進(jìn)度拖到懷疑人生的環(huán)節(jié)。它不像應(yīng)用層協(xié)議測(cè)試那樣能直接看到業(yè)務(wù)邏輯更多時(shí)候盯的是一堆波形、眼圖、S參數(shù)和電容值?？烧沁@些看起來(lái)“枯燥”的指標(biāo)決定了兩個(gè)設(shè)備插上以后能不能穩(wěn)定握手、CAN總線在整車電磁環(huán)境里會(huì)不會(huì)偶發(fā)報(bào)錯(cuò)、高速接口在溫漂和批次波動(dòng)下還能不能留出足夠余量。最近不少做嵌入式和汽車電子的朋友在搜can物理層測(cè)試、物理層電容測(cè)試說(shuō)明大家已經(jīng)從“能通就行”進(jìn)入到“拿數(shù)據(jù)說(shuō)話”的階段。這篇內(nèi)容適合剛接手Compliance測(cè)試的硬件工程師、測(cè)試工程師、芯片驗(yàn)證和系統(tǒng)集成人員也適合想補(bǔ)物理層基礎(chǔ)的應(yīng)用軟件同學(xué)。我會(huì)把標(biāo)準(zhǔn)解讀、儀器選型、治具搭建、測(cè)試項(xiàng)、判定方法、常見坑和參數(shù)估算按實(shí)際項(xiàng)目流程講一遍盡量讓你看完能直接抄作業(yè)。先說(shuō)明一點(diǎn)不同接口的標(biāo)準(zhǔn)差異很大下面會(huì)以CAN/CAN FD、車載以太網(wǎng)和通用高速差分接口為例具體限值一定要以最新版標(biāo)準(zhǔn)和客戶規(guī)范為準(zhǔn)我給的數(shù)字更多是幫你建立量級(jí)感不是替代標(biāo)準(zhǔn)原文。1. 物理層一致性測(cè)試到底在測(cè)什么1.1 一致性測(cè)試和功能測(cè)試的邊界很多團(tuán)隊(duì)第一次接觸Compliance會(huì)把它當(dāng)成“更嚴(yán)格的通斷測(cè)試”這是一個(gè)很危險(xiǎn)的誤解。功能測(cè)試關(guān)心的是“能不能通”比如CAN節(jié)點(diǎn)能不能發(fā)幀、以太網(wǎng)能不能Ping通、USB設(shè)備能不能枚舉。一致性測(cè)試關(guān)心的是“在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣、時(shí)序、阻抗、容性窗口內(nèi)它是不是一個(gè)合格成員”。這兩個(gè)目標(biāo)不一樣測(cè)試方法也完全不同。舉個(gè)最常見的例子兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)單獨(dú)測(cè)試都能正常收發(fā)接到同一根總線上卻偶發(fā)錯(cuò)誤幀。功能測(cè)試可能反復(fù)跑也抓不到問題因?yàn)閱栴}不在協(xié)議棧而在顯性電平余量、共模電壓、終端電阻或者總線電容導(dǎo)致的邊沿變緩。一致性測(cè)試就是把這些邊界條件量化讓你知道當(dāng)前設(shè)計(jì)離標(biāo)準(zhǔn)極限還有多少余量而不是只看“通不通”。從標(biāo)準(zhǔn)體系看不同接口歸不同組織管。CAN物理層常看ISO 11898-2車載以太網(wǎng)看IEEE 802.3和OPEN AllianceUSB看USB-IFPCIe看PCI-SIGMIPI看MIPI Alliance內(nèi)存接口看JEDEC。測(cè)試項(xiàng)通常分成發(fā)送端、接收端、總線/鏈路、連接器和線束幾大類。你拿到一份標(biāo)準(zhǔn)不要從第一頁(yè)硬啃先找到測(cè)試矩陣和一致性測(cè)試章節(jié)那里才是實(shí)操入口。1.2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試矩陣怎么讀標(biāo)準(zhǔn)里的測(cè)試矩陣一般包含這些列測(cè)試項(xiàng)、DUT狀態(tài)、激勵(lì)條件、負(fù)載條件、電源條件、溫度條件、判據(jù)、推薦儀器。很多人只盯判據(jù)結(jié)果測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)跟別人對(duì)不上問題往往出在條件和夾具。比如同一個(gè)CAN顯性差分電壓在不同共模電壓、不同終端電阻、不同線束長(zhǎng)度下測(cè)出來(lái)會(huì)有差異。讀矩陣時(shí)我習(xí)慣先鎖定四件事接口速率和模式、DUT引腳和方向、測(cè)試負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、判據(jù)是典型值還是上下限。以ISO 11898-2為例顯性差分電壓常見范圍在1.5V到3.0V隱性差分電壓接近0V終端電阻通常是兩個(gè)120Ω并聯(lián)成60Ω。但具體到CAN FD數(shù)據(jù)段速率提高后對(duì)上升下降時(shí)間、對(duì)稱性、位時(shí)間容差的要求會(huì)更緊。不要拿傳統(tǒng)CAN的經(jīng)驗(yàn)直接套CAN FD。還有一點(diǎn)很關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)通常給的是極限值不是設(shè)計(jì)目標(biāo)。你在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)到剛好卡線通過到了整車環(huán)境、溫度變化、線束批次波動(dòng)之后很可能就不通過了。所以一致性測(cè)試不僅要看Pass/Fail還要算余量。余量才是工程語(yǔ)言。1.3 CAN物理層測(cè)試為什么最近被頻繁提起CAN物理層測(cè)試火起來(lái)跟CAN FD和新能源汽車、儲(chǔ)能、機(jī)器人行業(yè)的爆發(fā)有直接關(guān)系。傳統(tǒng)CAN速率低大家對(duì)物理層比較寬容線束隨便走、終端電阻少一個(gè)也經(jīng)常能跑。CAN FD把數(shù)據(jù)段速率拉到2Mbps、5Mbps甚至更高邊沿變緩、反射、共模干擾這些問題就會(huì)被放大。原來(lái)能忍的電容和分支現(xiàn)在直接變成錯(cuò)誤幀來(lái)源。CAN物理層測(cè)試的典型項(xiàng)目包括終端電阻、顯性/隱性電平、差分電壓、共模電壓、位時(shí)間、上升下降時(shí)間、對(duì)稱性、抖動(dòng)、總線電容、EMC抗擾度。每一項(xiàng)背后都對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)際失效場(chǎng)景。終端電阻不對(duì)反射嚴(yán)重共模電壓超范圍收發(fā)器可能誤判總線電容過大邊沿變緩導(dǎo)致采樣點(diǎn)偏移對(duì)稱性差EMC輻射變差。我見過一個(gè)項(xiàng)目500kbps傳統(tǒng)CAN跑得好好的升級(jí)到CAN FD 2Mbps后偶發(fā)CRC錯(cuò)誤。最后定位到線束分支太長(zhǎng)分布電容偏大加上只有一端接了終端電阻。把終端補(bǔ)齊、縮短分支、換低電容雙絞線后錯(cuò)誤率才降下來(lái)。這個(gè)例子說(shuō)明CAN物理層測(cè)試不是走形式它是高速CAN能不能落地的門檻。1.4 物理層電容測(cè)試到底測(cè)什么物理層電容測(cè)試最近被單獨(dú)搜索是因?yàn)樗菀妆缓雎杂痔菀子绊戇呇?。電容測(cè)試的對(duì)象包括總線對(duì)地電容、差分電容、連接器分布電容、線束分布電容、PCB走線電容、收發(fā)器引腳電容。對(duì)于CAN總線總線上所有節(jié)點(diǎn)電容、線束電容、連接器電容會(huì)并聯(lián)在一起形成一個(gè)等效負(fù)載電容。這個(gè)電容和終端電阻構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)直接影響上升下降時(shí)間。測(cè)電容的方法有不少LCR表、阻抗分析儀、TDR、網(wǎng)絡(luò)分析儀。不同方法適合不同場(chǎng)景。LCR表適合斷電測(cè)單點(diǎn)或小網(wǎng)絡(luò)電容頻率可選1kHz、100kHz、1MHz阻抗分析儀適合掃頻看電容隨頻率變化TDR適合看傳輸線上的局部電容突變和阻抗不連續(xù)網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)S參數(shù)再換算電容。很多人拿萬(wàn)用表電容檔直接懟總線讀數(shù)漂來(lái)漂去那是因?yàn)榧?lì)頻率和偏置不對(duì)而且萬(wàn)用表分辨率也不夠。電容測(cè)試有幾個(gè)坑探頭自身電容會(huì)并聯(lián)進(jìn)去測(cè)試線纜會(huì)引入額外電容DUT斷電后電容可能還有殘余電荷MLCC在直流偏置下容量會(huì)下降。測(cè)之前先校準(zhǔn)開路/短路盡量用四端法或者低電容探頭記錄測(cè)試頻率和偏置電壓。不要只寫一個(gè)“總線電容100pF”要寫清楚在什么條件下測(cè)的。2. 測(cè)試環(huán)境搭建從儀器到治具2.1 儀器清單和選型邏輯物理層一致性測(cè)試的儀器配置取決于接口速率和測(cè)試項(xiàng)。低速CAN和高速USB完全不是一個(gè)量級(jí)。下面這張表是我做項(xiàng)目時(shí)常用的儀器清單具體型號(hào)可以按預(yù)算和品牌偏好替換但關(guān)鍵指標(biāo)不能省。儀器主要用途關(guān)鍵指標(biāo)常見坑示波器眼圖、幅度、時(shí)間、抖動(dòng)帶寬≥3-5倍信號(hào)最高頻率采樣率≥5倍帶寬帶寬不夠?qū)е律仙龝r(shí)間偏慢差分探頭差分信號(hào)測(cè)量帶寬足夠低負(fù)載電容探頭地線太長(zhǎng)導(dǎo)致振鈴任意波形發(fā)生器接收端容限測(cè)試輸出速率、幅度分辨率、抖動(dòng)輸出阻抗不匹配網(wǎng)絡(luò)分析儀S參數(shù)、回波損耗頻率范圍覆蓋接口校準(zhǔn)件質(zhì)量差TDR阻抗、局部電容上升時(shí)間足夠快夾具去嵌沒做LCR表/阻抗分析儀電容、電感、電阻頻率范圍、偏置能力測(cè)試線電容未校準(zhǔn)可編程電源供電和電壓拉偏低噪聲、紋波小地環(huán)路引入干擾溫箱溫度一致性溫控精度、均勻性線纜在箱內(nèi)過長(zhǎng)選儀器時(shí)不要只看“能不能測(cè)”要看“測(cè)出來(lái)準(zhǔn)不準(zhǔn)”。比如測(cè)CAN FD 2Mbps的上升時(shí)間信號(hào)基頻大概1MHz但邊沿可能只有20ns按0.35/Tr估算帶寬約17.5MHz理論上示波器帶寬要50MHz以上實(shí)際為了余量和捕獲諧波我一般會(huì)選200MHz以上。測(cè)USB 2.0高速480Mbps帶寬至少1GHz起步。采樣率至少是帶寬的5倍否則看到的波形是插值出來(lái)的細(xì)節(jié)不可信。2.2 治具、探頭與線纜的細(xì)節(jié)治具是物理層測(cè)試?yán)镒钊菀妆坏凸赖牟糠?。?biāo)準(zhǔn)測(cè)試往往要求特定的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、夾具阻抗和線纜長(zhǎng)度。你如果隨便拿兩根杜邦線接出來(lái)測(cè)數(shù)據(jù)只能自己看看不能拿去出報(bào)告。差分信號(hào)要用差分探頭單端信號(hào)要用低電容探頭高速信號(hào)要用同軸或SMA連接。CAN測(cè)試常用DB9或OBD接口但要注意引腳定義和終端電阻位置。探頭負(fù)載效應(yīng)必須考慮。普通無(wú)源探頭電容可能在10pF到15pF直接跨接在CAN總線上會(huì)把總線電容抬高上升時(shí)間測(cè)出來(lái)偏慢。高速差分探頭輸入電容通常更小但也不是零。測(cè)電容時(shí)更要注意探頭一碰上去讀數(shù)就變了。我的習(xí)慣是能用夾具固定就用夾具能用焊接短地彈簧就不用長(zhǎng)地線能去嵌就去嵌。線纜長(zhǎng)度也要控制。同軸線長(zhǎng)度不匹配會(huì)引入延遲和反射雙絞線絞距和屏蔽層處理會(huì)影響共模。CAN總線測(cè)試時(shí)線束長(zhǎng)度、分支長(zhǎng)度、終端電阻位置都要按標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求布置。不要為了圖方便把所有節(jié)點(diǎn)堆在桌上那樣測(cè)出來(lái)的電容和反射跟實(shí)車完全不是一回事。2.3 校準(zhǔn)、去嵌和基準(zhǔn)波形校準(zhǔn)是Compliance測(cè)試的良心。示波器要做通道偏置校準(zhǔn)、延遲校準(zhǔn)、探頭校準(zhǔn)TDR要做開路、短路、負(fù)載校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀要做SOLT或電子校準(zhǔn)LCR表要做開路和短路補(bǔ)償。很多人跳過校準(zhǔn)直接測(cè)數(shù)據(jù)漂了也不知道是DUT問題還是儀器問題。去嵌是高速測(cè)試的必修課。測(cè)試夾具、線纜、連接器都會(huì)引入寄生參數(shù)尤其是電容和電感。你要么用夾具的S參數(shù)去嵌要么用TDR看夾具本身的阻抗和延遲把夾具影響從結(jié)果里扣掉。對(duì)于CAN這種速率不高的接口去嵌要求沒那么高但如果你測(cè)的是總線電容夾具和線纜電容必須扣除。基準(zhǔn)波形很重要。每次測(cè)試前我建議先用一個(gè)已知良好的參考板或黃金樣件跑一遍保存波形、眼圖、S參數(shù)和電容值。這樣一旦后面數(shù)據(jù)異常你能快速判斷是DUT變了還是環(huán)境變了。基準(zhǔn)數(shù)據(jù)還能幫你發(fā)現(xiàn)儀器漂移比如探頭壞了、校準(zhǔn)過期了。2.4 電源、接地和屏蔽電源質(zhì)量直接影響物理層測(cè)試。開關(guān)電源紋波大可能讓抖動(dòng)和眼圖變差。做一致性測(cè)試時(shí)我傾向于用低噪聲線性電源或者電池供電至少也要在電源輸出端加足夠的濾波。如果標(biāo)準(zhǔn)要求電壓拉偏比如±10%那就在拉偏條件下重新測(cè)關(guān)鍵項(xiàng)。接地是個(gè)玄學(xué)但物理層測(cè)試?yán)锼强茖W(xué)。地環(huán)路會(huì)引入共模干擾導(dǎo)致眼圖閉合、抖動(dòng)變大、電容測(cè)試不穩(wěn)。單點(diǎn)接地、星形接地、短而粗的地線這些原則要遵守。高速差分信號(hào)的回流路徑要連續(xù)不要在參考平面上開槽。屏蔽層怎么接要看標(biāo)準(zhǔn)有的要求單端接地有的要求兩端接地亂接可能變成天線。共模干擾是CAN和車載以太網(wǎng)測(cè)試的重點(diǎn)。CAN收發(fā)器有共模電壓范圍要求總線共模電壓超范圍可能導(dǎo)致誤判。測(cè)試時(shí)可以用共模電感、共模 choke或者在標(biāo)準(zhǔn)要求的共模電壓條件下注入干擾看接收端是否仍能正確解碼。不要只測(cè)差分波形好看就以為萬(wàn)事大吉。3. 核心測(cè)試項(xiàng)拆解與實(shí)操步驟3.1 眼圖、模板和余量測(cè)試眼圖是把多個(gè)比特周期的波形疊加起來(lái)看信號(hào)在時(shí)間軸和幅度軸上的開口。模板測(cè)試就是把眼圖套進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多邊形模板里任何一點(diǎn)侵入模板就算失敗。眼圖測(cè)試步驟大概是連接探頭、設(shè)置觸發(fā)、采集足夠多的UI、做時(shí)鐘恢復(fù)、疊加眼圖、套模板、算余量。實(shí)操中要注意采樣率不夠眼圖是假的觸發(fā)抖動(dòng)大眼圖會(huì)糊累積深度不夠低概率事件抓不到去嵌沒做夾具影響算在DUT頭上。對(duì)于CAN FD眼圖測(cè)試通常在數(shù)據(jù)段進(jìn)行要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置位速率、采樣點(diǎn)和負(fù)載。模板通過不代表高枕無(wú)憂還要看眼高、眼寬、抖動(dòng)余量。我一般會(huì)同時(shí)保存原始波形和眼圖截圖。原始波形用來(lái)復(fù)查邊沿和異常眼圖用來(lái)出報(bào)告。如果眼圖剛好卡模板我會(huì)把溫度、電壓、線束長(zhǎng)度都拉一遍看最壞情況下的余量。只測(cè)常溫常壓的Pass含金量有限。3.2 幅度、上升/下降時(shí)間、位寬和占空比幅度類測(cè)試看起來(lái)簡(jiǎn)單但定義很容易搞混。上升時(shí)間有10%到90%也有20%到80%標(biāo)準(zhǔn)里寫哪個(gè)就用哪個(gè)。CAN差分信號(hào)的顯性電平和隱性電平要分別在指定負(fù)載下測(cè)共模電壓也要記錄。位寬和占空比關(guān)系到采樣點(diǎn)位寬偏差太大接收端可能采樣到錯(cuò)誤電平。上升下降時(shí)間直接受總線電容和終端電阻影響。RC時(shí)間常數(shù)τR×C10%到90%上升時(shí)間約2.2τ。如果CAN總線等效電阻60Ω總線電容100pFτ6ns上升時(shí)間約13.2ns如果電容200pFτ12ns上升時(shí)間約26.4ns。這個(gè)量級(jí)在高速CAN FD里已經(jīng)很明顯了。所以物理層電容測(cè)試和邊沿測(cè)試要放在一起看。占空比失真和對(duì)稱性也要關(guān)注。上升沿和下降沿不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致脈寬失真影響采樣余量還會(huì)增加EMC輻射。測(cè)試時(shí)用差分探頭注意探頭兩個(gè)輸入端的延遲匹配。如果探頭不匹配測(cè)出來(lái)的對(duì)稱性偏差可能是假的。3.3 抖動(dòng)、共模和對(duì)稱性抖動(dòng)是高速接口的?？?。總抖動(dòng)TJ由隨機(jī)抖動(dòng)RJ和確定性抖動(dòng)DJ組成確定性抖動(dòng)又包括數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)、占空比失真抖動(dòng)、周期性抖動(dòng)等。測(cè)試時(shí)通常用示波器的抖動(dòng)分析軟件或者用誤碼儀配合。要注意觸發(fā)方式、時(shí)鐘恢復(fù)方式和測(cè)量帶寬不同設(shè)置結(jié)果差異很大。共模電壓測(cè)試在CAN和差分接口里很關(guān)鍵。CAN總線共模電壓范圍通常要求在一定窗口內(nèi)超出后收發(fā)器可能無(wú)法正確識(shí)別差分信號(hào)。測(cè)試時(shí)可以用兩個(gè)單端探頭分別測(cè)CAN_H和CAN_L再用數(shù)學(xué)運(yùn)算求差分和共模。差分探頭直接測(cè)差分更準(zhǔn)但共模需要另外測(cè)。共模電感、終端電阻匹配、地偏移都會(huì)影響共模。對(duì)稱性測(cè)試看差分對(duì)兩條線的上升下降時(shí)間、幅度、延遲是否匹配。不對(duì)稱會(huì)降低差分信號(hào)質(zhì)量增加共模輻射。PCB走線長(zhǎng)度不匹配、連接器引腳不對(duì)稱、線纜絞距不均勻都會(huì)導(dǎo)致對(duì)稱性變差。測(cè)試時(shí)要在同一條件下同時(shí)捕獲兩條線不要分開測(cè)再拼。3.4 阻抗、回波損耗和S參數(shù)阻抗測(cè)試通常用TDR。TDR發(fā)出一個(gè)快速上升沿看反射回來(lái)的波形算出傳輸線特征阻抗。差分阻抗一般要求100Ω或120Ω具體看接口。TDR上升時(shí)間越快空間分辨率越高能看到的阻抗突變?cè)郊?xì)。夾具和線纜要去嵌否則測(cè)到的是夾具阻抗?；夭〒p耗和S參數(shù)用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)。S11表示輸入反射回波損耗越大越好。對(duì)于差分接口還要看S11差分、S21插入損耗、共模S參數(shù)。S參數(shù)可以幫你定位阻抗不連續(xù)的位置比如連接器、過孔、線束分支。測(cè)試頻率范圍要覆蓋接口關(guān)心頻段校準(zhǔn)要認(rèn)真做。我遇到過一個(gè)CAN FD項(xiàng)目眼圖在常溫下勉強(qiáng)通過但高溫下失敗。后來(lái)用TDR發(fā)現(xiàn)線束分支處阻抗跌落加上電容偏大高溫下收發(fā)器驅(qū)動(dòng)能力下降邊沿更慢。把分支縮短、換低電容線束后高溫余量才回來(lái)。阻抗和電容從來(lái)不是孤立問題。3.5 物理層電容測(cè)試的三種方法和選擇物理層電容測(cè)試常用三種方法各有適用場(chǎng)景。第一種是LCR表法適合斷電測(cè)單點(diǎn)或小網(wǎng)絡(luò)電容。設(shè)置測(cè)試頻率比如1kHz、100kHz、1MHz選擇串聯(lián)或并聯(lián)等效模式做開路短路校準(zhǔn)然后測(cè)CAN_H對(duì)地、CAN_L對(duì)地、CAN_H到CAN_L。注意DUT要斷電節(jié)點(diǎn)要放電測(cè)試線盡量短。第二種是阻抗分析儀法適合掃頻看電容隨頻率的變化還能加直流偏置。MLCC電容在直流偏置下容量會(huì)下降用阻抗分析儀能看出真實(shí)工作條件下的電容。測(cè)試時(shí)要設(shè)置偏置電壓、掃描頻率范圍、交流激勵(lì)幅度避免激勵(lì)太大導(dǎo)致非線性。第三種是TDR或網(wǎng)絡(luò)分析儀法適合在線測(cè)總線等效電容和局部電容。TDR可以通過阻抗跌落估算局部電容網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)S參數(shù)再換算。在線測(cè)試要注意終端電阻的影響有時(shí)需要把終端電阻斷開或模擬真實(shí)負(fù)載。對(duì)于CAN總線我通常先測(cè)終端電阻再測(cè)總線電容最后把電容和上升時(shí)間對(duì)照看是否匹配。方法適用場(chǎng)景優(yōu)點(diǎn)注意事項(xiàng)LCR表斷電單點(diǎn)/小網(wǎng)絡(luò)直接讀數(shù)操作簡(jiǎn)單測(cè)試頻率和偏置要記錄阻抗分析儀掃頻、偏置、研發(fā)分析看頻率和電壓特性?shī)A具補(bǔ)償要準(zhǔn)確TDR/網(wǎng)分在線、定位、高速能看分布和局部突變?nèi)デ逗徒K端影響要扣除3.6 CAN物理層測(cè)試完整流程CAN物理層測(cè)試可以按下面這個(gè)順序走避免漏項(xiàng)。第一步目視和基礎(chǔ)檢查電源、地、終端電阻數(shù)量、線束長(zhǎng)度、連接器。第二步測(cè)終端電阻斷電測(cè)總線兩端并聯(lián)值通常在60Ω左右。第三步上電測(cè)顯性/隱性電平、差分電壓、共模電壓。第四步測(cè)位時(shí)間、上升下降時(shí)間、占空比。第五步跑眼圖和數(shù)據(jù)段模板。第六步測(cè)總線電容和共模阻抗。第七步做接收端容限和抗擾度測(cè)試。第八步記錄溫度、電壓拉偏下的最壞情況。測(cè)試項(xiàng)典型條件典型判據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)常見問題終端電阻斷電約60Ω兩個(gè)120Ω并聯(lián)少接、多接、阻值偏差顯性差分電壓上電帶載約1.5V-3.0V驅(qū)動(dòng)能力不足隱性差分電壓上電帶載接近0V共模偏移上升下降時(shí)間指定負(fù)載不超過標(biāo)準(zhǔn)限值總線電容大位時(shí)間數(shù)據(jù)段容差內(nèi)時(shí)鐘源偏差總線電容斷電或在線按速率和規(guī)范線束、節(jié)點(diǎn)、探頭影響共模電壓工作范圍標(biāo)準(zhǔn)窗口內(nèi)地偏移、干擾測(cè)試時(shí)要用同一套夾具和線束不要今天用短線、明天用長(zhǎng)線。報(bào)告里要寫清楚測(cè)試條件否則數(shù)據(jù)沒法復(fù)現(xiàn)。CAN FD還要區(qū)分仲裁段和數(shù)據(jù)段兩者速率不同測(cè)試條件也不同。3.7 接收端一致性測(cè)試發(fā)送端測(cè)試看DUT發(fā)出來(lái)的波形接收端測(cè)試看DUT能不能在惡劣輸入下正確接收。方法是用任意波形發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試波形注入DUT接收端改變幅度、共模電壓、抖動(dòng)、上升時(shí)間看DUT是否仍然正確解碼。接收端測(cè)試更接近真實(shí)互操作場(chǎng)景但搭建復(fù)雜度也更高。接收端測(cè)試要注意阻抗匹配和注入點(diǎn)。AWG輸出阻抗通常是50Ω要通過匹配網(wǎng)絡(luò)接到DUT。注入波形的幅度要校準(zhǔn)到DUT引腳處不能只看AWG設(shè)置值。共模電壓要按標(biāo)準(zhǔn)拉偏抖動(dòng)要注入指定量。測(cè)試過程中要監(jiān)控DUT的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器或輸出判斷是否誤碼。我一般會(huì)先跑一個(gè)接收端眼圖容限找到DUT能正確接收的最小眼高和眼寬再和標(biāo)準(zhǔn)模板比較。如果DUT的接收容限比標(biāo)準(zhǔn)還窄說(shuō)明設(shè)計(jì)余量不足。接收端測(cè)試比發(fā)送端更容易暴露共模和閾值問題做CAN和車載以太網(wǎng)時(shí)尤其值得花時(shí)間。3.8 自動(dòng)化測(cè)試腳本框架物理層測(cè)試有很多重復(fù)測(cè)量適合用腳本自動(dòng)化。常見組合是Python PyVISA控制示波器、電源、信號(hào)發(fā)生器。下面是一個(gè)簡(jiǎn)化框架用來(lái)讀取波形、計(jì)算上升時(shí)間、判定是否超限。實(shí)際使用時(shí)要把儀器地址、通道、量程、校準(zhǔn)參數(shù)替換成自己的。import pyvisa import numpy as np rm pyvisa.ResourceManager() scope rm.open_resource(TCPIP0::192.168.1.100::INSTR) scope.timeout 10000 # 設(shè)置通道和時(shí)基 scope.write(:CHAN1:DISP ON) scope.write(:TIM:SCAL 1e-8) scope.write(:TRIG:EDGE:SOUR CHAN1) scope.write(:TRIG:EDGE:LEV 0) # 采集波形 scope.write(:SING) scope.query(*OPC?) raw scope.query_ascii_values(:WAV:DATA?) xinc float(scope.query(:WAV:XINC?)) xorig float(scope.query(:WAV:XOR?)) yinc float(scope.query(:WAV:YINC?)) yorig float(scope.query(:WAV:YOR?)) yref float(scope.query(:WAV:YREF?)) wave (np.array(raw) - yref) * yinc yorig time xorig np.arange(len(wave)) * xinc # 計(jì)算10%-90%上升時(shí)間 v_low np.min(wave) v_high np.max(wave) th_10 v_low 0.1 * (v_high - v_low) th_90 v_low 0.9 * (v_high - v_low) idx_10 np.where(wave th_10)[0][0] idx_90 np.where(wave th_90)[0][0] rise_time time[idx_90] - time[idx_10] print(fRise time: {rise_time*1e9:.2f} ns) if rise_time 30e-9: print(FAIL: rise time exceeds limit) else: print(PASS)腳本能省時(shí)間但不能替代校準(zhǔn)和夾具。自動(dòng)化之前先把手動(dòng)測(cè)試跑通確認(rèn)觸發(fā)、量程、去嵌都正確。否則腳本只是更快地產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。4. 判定、報(bào)告與失敗定位4.1 余量計(jì)算不要只看Pass/Fail一致性測(cè)試報(bào)告里只寫Pass/Fail價(jià)值有限。真正有用的是余量。余量可以是絕對(duì)值也可以是百分比。比如上升時(shí)間上限30ns實(shí)測(cè)25ns余量5ns百分比約16.7%。眼高上限和實(shí)測(cè)值也可以算余量。余量越小風(fēng)險(xiǎn)越高。算余量時(shí)要考慮測(cè)量不確定度。示波器帶寬、探頭負(fù)載、夾具去嵌、校準(zhǔn)誤差都會(huì)帶來(lái)不確定度。如果余量只有幾個(gè)百分點(diǎn)而測(cè)量不確定度就有3%那這個(gè)Pass其實(shí)很懸。我一般要求關(guān)鍵項(xiàng)余量至少20%高速項(xiàng)至少30%溫度電壓拉偏后也不能掉太多。余量還能幫你做設(shè)計(jì)取舍。比如總線電容測(cè)試發(fā)現(xiàn)余量很小你可以換低電容線束、縮短分支、減少節(jié)點(diǎn)電容或者降低通信速率。拿著余量數(shù)據(jù)去和系統(tǒng)工程師討論比說(shuō)“好像有點(diǎn)問題”有效得多。4.2 批次一致性與統(tǒng)計(jì)物理層一致性測(cè)試不只看單個(gè)樣品。量產(chǎn)之后批次波動(dòng)、物料批次、PCB工藝、線束長(zhǎng)度都會(huì)影響結(jié)果。所以抽樣測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析很重要。至少記錄均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值有條件的話算Cp/Cpk。比如總線電容設(shè)計(jì)目標(biāo)100pF實(shí)測(cè)一批樣品均值95pF標(biāo)準(zhǔn)差8pF那上限120pF的規(guī)格下Cpk可能就不高。如果線束批次變化再引入10pF波動(dòng)很容易超限。物理層電容測(cè)試之所以重要就是它能把這種波動(dòng)量化出來(lái)。溫度循環(huán)和電壓拉偏也要做統(tǒng)計(jì)。有些問題只在高溫高濕或者低壓條件下出現(xiàn)。如果只測(cè)常溫常壓報(bào)告好看量產(chǎn)翻車。我的習(xí)慣是把關(guān)鍵項(xiàng)做成矩陣溫度三點(diǎn)、電壓三點(diǎn)、樣品至少五臺(tái)這樣更容易發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)。4.3 報(bào)告怎么寫才可追溯一份能復(fù)現(xiàn)的Compliance報(bào)告至少要有這些信息DUT信息、硬件版本、軟件版本、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)版本、測(cè)試項(xiàng)、測(cè)試條件、儀器型號(hào)和校準(zhǔn)日期、夾具和線束信息、原始數(shù)據(jù)、判定結(jié)果、余量、測(cè)試人、日期。最好附上波形截圖、眼圖、S參數(shù)圖。字段內(nèi)容示例作用標(biāo)準(zhǔn)版本ISO 11898-2:2016避免判據(jù)混淆DUT狀態(tài)上電CAN FD使能數(shù)據(jù)段2Mbps復(fù)現(xiàn)條件溫度電壓25°C12V-40°C9V覆蓋邊界儀器校準(zhǔn)示波器校準(zhǔn)日期數(shù)據(jù)可信原始數(shù)據(jù)波形文件、CSV復(fù)查余量上升時(shí)間25ns限值30ns余量16.7%風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告不要只寫“合格”要寫“在什么條件下合格”?？蛻艋蛟u(píng)審看的是可追溯性。你如果換了探頭、換了線束報(bào)告里沒寫后面沒人能復(fù)現(xiàn)。4.4 失敗復(fù)現(xiàn)與根因定位Compliance失敗時(shí)第一步不是改板而是確認(rèn)測(cè)試系統(tǒng)。更換探頭、通道、線纜、夾具重跑校準(zhǔn)用黃金樣件對(duì)比。很多失敗其實(shí)是探頭地線太長(zhǎng)、校準(zhǔn)過期、終端電阻沒接、電源紋波太大。確認(rèn)測(cè)試系統(tǒng)沒問題后再用二分法定位。發(fā)送端問題斷開負(fù)載測(cè)接收端問題用AWG直接注入電容問題逐段斷開線束和節(jié)點(diǎn)測(cè)阻抗問題用TDR看突變位置。CAN總線偶發(fā)錯(cuò)誤先看終端電阻和共模再看總線電容和邊沿最后看協(xié)議配置。根因定位要有記錄。每次改動(dòng)只改一個(gè)變量測(cè)完再改下一個(gè)。否則你永遠(yuǎn)不知道是哪個(gè)改動(dòng)解決了問題。我吃過這個(gè)虧同時(shí)換了線束、加了終端、改了軟件采樣點(diǎn)問題消失了但不知道哪個(gè)是關(guān)鍵下次還會(huì)踩。4.5 常見問題速查表現(xiàn)象可能原因排查方法解決方向眼圖閉合抖動(dòng)大、邊沿慢、阻抗不連續(xù)看上升時(shí)間、TDR、S參數(shù)縮短線束、匹配阻抗、降低電容CAN偶發(fā)錯(cuò)誤終端電阻不對(duì)、共模干擾、電容大測(cè)終端、共模、總線電容補(bǔ)終端、加共模電感、換線束電容讀數(shù)漂移探頭負(fù)載、未校準(zhǔn)、殘余電荷換LCR表、校準(zhǔn)、放電四端法、低電容探頭、去嵌上升時(shí)間超標(biāo)總線電容大、驅(qū)動(dòng)弱測(cè)電容、換節(jié)點(diǎn)、看驅(qū)動(dòng)降電容、換收發(fā)器、縮短分支共模超限地偏移、不對(duì)稱、干擾測(cè)CAN_H/CAN_L對(duì)地改地、匹配、屏蔽高溫失敗驅(qū)動(dòng)能力下降、電容變化溫箱拉偏、對(duì)比常溫選更高規(guī)格器件、留余量5. 實(shí)操心得與參數(shù)估算5.1 帶寬和采樣率怎么選示波器帶寬和采樣率是物理層測(cè)試的基礎(chǔ)。經(jīng)驗(yàn)公式示波器帶寬至少是信號(hào)最高關(guān)心頻率的3到5倍。對(duì)于數(shù)字信號(hào)可以用0.35除以上升時(shí)間估算所需帶寬。比如上升時(shí)間20ns帶寬約17.5MHz選3倍就是52.5MHz5倍就是87.5MHz。實(shí)際我會(huì)選200MHz以上留足余量。采樣率至少是帶寬的5倍最好10倍。否則高頻細(xì)節(jié)會(huì)丟失眼圖和上升時(shí)間都不準(zhǔn)。比如200MHz帶寬采樣率至少1GS/s最好2GS/s。測(cè)CAN FD 5Mbps200MHz帶寬、1GS/s采樣率基本夠用。測(cè)更高速接口就要按接口頻率重新算。探頭帶寬也要匹配。探頭帶寬不夠示波器再好也沒用。差分探頭還要看共模抑制比和輸入電容。測(cè)電容時(shí)探頭輸入電容會(huì)直接影響讀數(shù)能不用探頭就不用盡量用夾具和LCR表。5.2 終端電阻和總線電容的RC估算CAN總線兩端各一個(gè)120Ω終端電阻并聯(lián)后等效60Ω?？偩€電容和這個(gè)電阻構(gòu)成RC低通。上升時(shí)間10%到90%約2.2RC。假設(shè)總線電容100pFτ60×100pF6ns上升時(shí)間約13.2ns。如果電容200pFτ12ns上升時(shí)間約26.4ns。這個(gè)估算能幫你快速判斷邊沿是否合理。如果實(shí)測(cè)上升時(shí)間遠(yuǎn)大于估算值可能有額外電容、線束分支、探頭負(fù)載或者驅(qū)動(dòng)能力不足。反過來(lái)如果實(shí)測(cè)遠(yuǎn)小于估算可能終端電阻沒接或者測(cè)量點(diǎn)不對(duì)。RC估算不是精確仿真但能幫你建立量級(jí)感排查時(shí)非常有用。物理層電容測(cè)試要結(jié)合這個(gè)估算看?？偩€規(guī)范通常會(huì)給總電容上限或者等效負(fù)載要求具體值以標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。經(jīng)驗(yàn)上500kbps以下傳統(tǒng)CAN可以容忍較大電容CAN FD高數(shù)據(jù)速率下要盡量壓低。把電容控制在100pF以內(nèi)通常邊沿和EMC都會(huì)好很多。5.3 探頭負(fù)載對(duì)電容測(cè)試的影響探頭負(fù)載是電容測(cè)試的隱形殺手。普通無(wú)源探頭輸入電容10pF到15pF如果總線本身只有幾十pF探頭一碰上去讀數(shù)就偏大很多。差分探頭好一些但也不是零。測(cè)總線電容時(shí)最好先測(cè)不帶探頭的值再評(píng)估探頭影響。LCR表用四端法能減小線纜和接觸電阻影響。測(cè)試線要盡量短屏蔽要好開路短路校準(zhǔn)要在同一測(cè)試頻率下做。如果測(cè)在線總線終端電阻會(huì)影響讀數(shù)必要時(shí)斷開終端或者用TDR法看等效電容。我自己的順序是先用LCR表斷電測(cè)節(jié)點(diǎn)和線束電容再用TDR在線看分布和突變最后用上升時(shí)間反推等效電容。三種方法互相驗(yàn)證比單一讀數(shù)可靠。5.4 溫漂和電壓偏置電容不是恒定值。MLCC Class II電容在直流偏置下容量可能下降很多溫度變化也會(huì)影響容量。CAN總線上的電容可能來(lái)自TVS、濾波電容、連接器、線束這些都會(huì)隨溫度和電壓變化。一致性測(cè)試如果只測(cè)常溫常壓可能漏掉最壞情況。測(cè)試時(shí)記錄溫度和電壓最好在高溫、低溫、低壓、高壓下各測(cè)一輪。如果標(biāo)準(zhǔn)要求電壓拉偏就按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。對(duì)于總線電容可以在不同共模電壓下測(cè)看電容是否明顯變化。變化大的電容要慎用。收發(fā)器引腳電容和PCB寄生電容也會(huì)隨工藝變化。量產(chǎn)時(shí)留足余量不要卡線設(shè)計(jì)。物理層電容測(cè)試的意義就在于把這種隱藏波動(dòng)提前暴露出來(lái)。5.5 線束和連接器的影響線束和連接器是物理層測(cè)試中最難控制的部分。線束長(zhǎng)度、絞距、屏蔽、分支長(zhǎng)度、連接器引腳排列都會(huì)影響電容、阻抗和共模。CAN總線分支太長(zhǎng)會(huì)引入反射和額外電容屏蔽層接地不對(duì)會(huì)變成天線連接器阻抗不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致回波損耗變差。做測(cè)試時(shí)盡量用實(shí)車同款線束和連接器。如果做不到至少記錄線束參數(shù)并在報(bào)告中說(shuō)明差異。線束每米電容可以用LCR表測(cè)也可以查線纜規(guī)格書。分支長(zhǎng)度一般建議盡量短高速CAN FD尤其嚴(yán)格。連接器插拔次數(shù)也會(huì)影響接觸電阻和電容。測(cè)試前檢查連接器是否干凈、針腳是否變形。有時(shí)候一個(gè)接觸不良的連接器能讓所有Compliance數(shù)據(jù)都變得不可信。6. 個(gè)人踩坑記錄6.1 一次CAN總線偶發(fā)錯(cuò)誤有個(gè)項(xiàng)目500kbps傳統(tǒng)CAN升級(jí)到CAN FD 2Mbps后臺(tái)架測(cè)試偶爾報(bào)CRC錯(cuò)誤。一開始懷疑軟件配置換了采樣點(diǎn)、調(diào)了同步跳轉(zhuǎn)寬度問題依舊。后來(lái)用示波器看波形發(fā)現(xiàn)上升沿明顯變緩測(cè)終端電阻只有一端有120Ω另一端沒接?？偩€電容測(cè)出來(lái)也偏大線束分支大概半米。把兩端終端補(bǔ)齊縮短分支換低電容雙絞線后眼圖明顯打開錯(cuò)誤率降到零。這個(gè)坑讓我記住CAN FD不是傳統(tǒng)CAN簡(jiǎn)單提速物理層必須重新過一遍。終端電阻和總線電容是最先要查的兩項(xiàng)。6.2 一次眼圖測(cè)試誤判還有一次測(cè)高速差分接口眼圖一直不過。折騰半天最后發(fā)現(xiàn)是差分探頭地線太長(zhǎng)導(dǎo)致振鈴測(cè)出來(lái)的上升時(shí)間和眼圖都是假的。換成短地彈簧、重新校準(zhǔn)探頭后眼圖直接合格。探頭和夾具的坑幾乎每個(gè)做物理層測(cè)試的人都踩過。我的建議是每次測(cè)試前先看探頭地線能短就短能焊接就不要用夾子能去嵌就去嵌。不要急著懷疑DUT先懷疑測(cè)試系統(tǒng)。6.3 電容測(cè)試被萬(wàn)用表坑早期做CAN總線電容測(cè)試拿萬(wàn)用表電容檔直接測(cè)讀數(shù)一會(huì)兒80pF一會(huì)兒200pF完全沒法判斷。后來(lái)用LCR表設(shè)置100kHz測(cè)試頻率做開路短路校準(zhǔn)用四端法測(cè)讀數(shù)穩(wěn)定很多。再和TDR結(jié)果對(duì)照才把總線電容確認(rèn)下來(lái)。萬(wàn)用表不是不能用但它不適合測(cè)小電容和在線總線。物理層電容測(cè)試要選對(duì)儀器和頻率記錄條件。探頭、線纜、終端電阻都會(huì)影響讀數(shù)測(cè)之前先想清楚測(cè)的是什么測(cè)的是節(jié)點(diǎn)電容、線束電容還是總等效電容?，F(xiàn)在我做任何物理層Compliance測(cè)試都會(huì)先做三件事校準(zhǔn)儀器和夾具記錄基準(zhǔn)波形和基準(zhǔn)電容確認(rèn)終端電阻和總線拓?fù)?。這三件事做完后面波形再亂至少知道不是測(cè)試環(huán)境的問題。剩下的就是耐心測(cè)、認(rèn)真記、留足余量。 物理層一致性測(cè)試實(shí)戰(zhàn)：CAN FD、電容測(cè)試與Compliance
物理層一致性測(cè)試也就是大家常說(shuō)的Compliance測(cè)試在硬件和通信接口領(lǐng)域里屬于那種平時(shí)不顯山露水、一旦出問題就能把項(xiàng)目進(jìn)度拖到懷疑人生的環(huán)節(jié)。它不像應(yīng)用層協(xié)議測(cè)試那樣能直接看到業(yè)務(wù)邏輯更多時(shí)候盯的是一堆波形、眼圖、S參數(shù)和電容值?？烧沁@些看起來(lái)“枯燥”的指標(biāo)決定了兩個(gè)設(shè)備插上以后能不能穩(wěn)定握手、CAN總線在整車電磁環(huán)境里會(huì)不會(huì)偶發(fā)報(bào)錯(cuò)、高速接口在溫漂和批次波動(dòng)下還能不能留出足夠余量。最近不少做嵌入式和汽車電子的朋友在搜can物理層測(cè)試、物理層電容測(cè)試說(shuō)明大家已經(jīng)從“能通就行”進(jìn)入到“拿數(shù)據(jù)說(shuō)話”的階段。這篇內(nèi)容適合剛接手Compliance測(cè)試的硬件工程師、測(cè)試工程師、芯片驗(yàn)證和系統(tǒng)集成人員也適合想補(bǔ)物理層基礎(chǔ)的應(yīng)用軟件同學(xué)。我會(huì)把標(biāo)準(zhǔn)解讀、儀器選型、治具搭建、測(cè)試項(xiàng)、判定方法、常見坑和參數(shù)估算按實(shí)際項(xiàng)目流程講一遍盡量讓你看完能直接抄作業(yè)。先說(shuō)明一點(diǎn)不同接口的標(biāo)準(zhǔn)差異很大下面會(huì)以CAN/CAN FD、車載以太網(wǎng)和通用高速差分接口為例具體限值一定要以最新版標(biāo)準(zhǔn)和客戶規(guī)范為準(zhǔn)我給的數(shù)字更多是幫你建立量級(jí)感不是替代標(biāo)準(zhǔn)原文。1. 物理層一致性測(cè)試到底在測(cè)什么1.1 一致性測(cè)試和功能測(cè)試的邊界很多團(tuán)隊(duì)第一次接觸Compliance會(huì)把它當(dāng)成“更嚴(yán)格的通斷測(cè)試”這是一個(gè)很危險(xiǎn)的誤解。功能測(cè)試關(guān)心的是“能不能通”比如CAN節(jié)點(diǎn)能不能發(fā)幀、以太網(wǎng)能不能Ping通、USB設(shè)備能不能枚舉。一致性測(cè)試關(guān)心的是“在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣、時(shí)序、阻抗、容性窗口內(nèi)它是不是一個(gè)合格成員”。這兩個(gè)目標(biāo)不一樣測(cè)試方法也完全不同。舉個(gè)最常見的例子兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)單獨(dú)測(cè)試都能正常收發(fā)接到同一根總線上卻偶發(fā)錯(cuò)誤幀。功能測(cè)試可能反復(fù)跑也抓不到問題因?yàn)閱栴}不在協(xié)議棧而在顯性電平余量、共模電壓、終端電阻或者總線電容導(dǎo)致的邊沿變緩。一致性測(cè)試就是把這些邊界條件量化讓你知道當(dāng)前設(shè)計(jì)離標(biāo)準(zhǔn)極限還有多少余量而不是只看“通不通”。從標(biāo)準(zhǔn)體系看不同接口歸不同組織管。CAN物理層常看ISO 11898-2車載以太網(wǎng)看IEEE 802.3和OPEN AllianceUSB看USB-IFPCIe看PCI-SIGMIPI看MIPI Alliance內(nèi)存接口看JEDEC。測(cè)試項(xiàng)通常分成發(fā)送端、接收端、總線/鏈路、連接器和線束幾大類。你拿到一份標(biāo)準(zhǔn)不要從第一頁(yè)硬啃先找到測(cè)試矩陣和一致性測(cè)試章節(jié)那里才是實(shí)操入口。1.2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試矩陣怎么讀標(biāo)準(zhǔn)里的測(cè)試矩陣一般包含這些列測(cè)試項(xiàng)、DUT狀態(tài)、激勵(lì)條件、負(fù)載條件、電源條件、溫度條件、判據(jù)、推薦儀器。很多人只盯判據(jù)結(jié)果測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)跟別人對(duì)不上問題往往出在條件和夾具。比如同一個(gè)CAN顯性差分電壓在不同共模電壓、不同終端電阻、不同線束長(zhǎng)度下測(cè)出來(lái)會(huì)有差異。讀矩陣時(shí)我習(xí)慣先鎖定四件事接口速率和模式、DUT引腳和方向、測(cè)試負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、判據(jù)是典型值還是上下限。以ISO 11898-2為例顯性差分電壓常見范圍在1.5V到3.0V隱性差分電壓接近0V終端電阻通常是兩個(gè)120Ω并聯(lián)成60Ω。但具體到CAN FD數(shù)據(jù)段速率提高后對(duì)上升下降時(shí)間、對(duì)稱性、位時(shí)間容差的要求會(huì)更緊。不要拿傳統(tǒng)CAN的經(jīng)驗(yàn)直接套CAN FD。還有一點(diǎn)很關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)通常給的是極限值不是設(shè)計(jì)目標(biāo)。你在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)到剛好卡線通過到了整車環(huán)境、溫度變化、線束批次波動(dòng)之后很可能就不通過了。所以一致性測(cè)試不僅要看Pass/Fail還要算余量。余量才是工程語(yǔ)言。1.3 CAN物理層測(cè)試為什么最近被頻繁提起CAN物理層測(cè)試火起來(lái)跟CAN FD和新能源汽車、儲(chǔ)能、機(jī)器人行業(yè)的爆發(fā)有直接關(guān)系。傳統(tǒng)CAN速率低大家對(duì)物理層比較寬容線束隨便走、終端電阻少一個(gè)也經(jīng)常能跑。CAN FD把數(shù)據(jù)段速率拉到2Mbps、5Mbps甚至更高邊沿變緩、反射、共模干擾這些問題就會(huì)被放大。原來(lái)能忍的電容和分支現(xiàn)在直接變成錯(cuò)誤幀來(lái)源。CAN物理層測(cè)試的典型項(xiàng)目包括終端電阻、顯性/隱性電平、差分電壓、共模電壓、位時(shí)間、上升下降時(shí)間、對(duì)稱性、抖動(dòng)、總線電容、EMC抗擾度。每一項(xiàng)背后都對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)際失效場(chǎng)景。終端電阻不對(duì)反射嚴(yán)重共模電壓超范圍收發(fā)器可能誤判總線電容過大邊沿變緩導(dǎo)致采樣點(diǎn)偏移對(duì)稱性差EMC輻射變差。我見過一個(gè)項(xiàng)目500kbps傳統(tǒng)CAN跑得好好的升級(jí)到CAN FD 2Mbps后偶發(fā)CRC錯(cuò)誤。最后定位到線束分支太長(zhǎng)分布電容偏大加上只有一端接了終端電阻。把終端補(bǔ)齊、縮短分支、換低電容雙絞線后錯(cuò)誤率才降下來(lái)。這個(gè)例子說(shuō)明CAN物理層測(cè)試不是走形式它是高速CAN能不能落地的門檻。1.4 物理層電容測(cè)試到底測(cè)什么物理層電容測(cè)試最近被單獨(dú)搜索是因?yàn)樗菀妆缓雎杂痔菀子绊戇呇?。電容測(cè)試的對(duì)象包括總線對(duì)地電容、差分電容、連接器分布電容、線束分布電容、PCB走線電容、收發(fā)器引腳電容。對(duì)于CAN總線總線上所有節(jié)點(diǎn)電容、線束電容、連接器電容會(huì)并聯(lián)在一起形成一個(gè)等效負(fù)載電容。這個(gè)電容和終端電阻構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)直接影響上升下降時(shí)間。測(cè)電容的方法有不少LCR表、阻抗分析儀、TDR、網(wǎng)絡(luò)分析儀。不同方法適合不同場(chǎng)景。LCR表適合斷電測(cè)單點(diǎn)或小網(wǎng)絡(luò)電容頻率可選1kHz、100kHz、1MHz阻抗分析儀適合掃頻看電容隨頻率變化TDR適合看傳輸線上的局部電容突變和阻抗不連續(xù)網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)S參數(shù)再換算電容。很多人拿萬(wàn)用表電容檔直接懟總線讀數(shù)漂來(lái)漂去那是因?yàn)榧?lì)頻率和偏置不對(duì)而且萬(wàn)用表分辨率也不夠。電容測(cè)試有幾個(gè)坑探頭自身電容會(huì)并聯(lián)進(jìn)去測(cè)試線纜會(huì)引入額外電容DUT斷電后電容可能還有殘余電荷MLCC在直流偏置下容量會(huì)下降。測(cè)之前先校準(zhǔn)開路/短路盡量用四端法或者低電容探頭記錄測(cè)試頻率和偏置電壓。不要只寫一個(gè)“總線電容100pF”要寫清楚在什么條件下測(cè)的。2. 測(cè)試環(huán)境搭建從儀器到治具2.1 儀器清單和選型邏輯物理層一致性測(cè)試的儀器配置取決于接口速率和測(cè)試項(xiàng)。低速CAN和高速USB完全不是一個(gè)量級(jí)。下面這張表是我做項(xiàng)目時(shí)常用的儀器清單具體型號(hào)可以按預(yù)算和品牌偏好替換但關(guān)鍵指標(biāo)不能省。儀器主要用途關(guān)鍵指標(biāo)常見坑示波器眼圖、幅度、時(shí)間、抖動(dòng)帶寬≥3-5倍信號(hào)最高頻率采樣率≥5倍帶寬帶寬不夠?qū)е律仙龝r(shí)間偏慢差分探頭差分信號(hào)測(cè)量帶寬足夠低負(fù)載電容探頭地線太長(zhǎng)導(dǎo)致振鈴任意波形發(fā)生器接收端容限測(cè)試輸出速率、幅度分辨率、抖動(dòng)輸出阻抗不匹配網(wǎng)絡(luò)分析儀S參數(shù)、回波損耗頻率范圍覆蓋接口校準(zhǔn)件質(zhì)量差TDR阻抗、局部電容上升時(shí)間足夠快夾具去嵌沒做LCR表/阻抗分析儀電容、電感、電阻頻率范圍、偏置能力測(cè)試線電容未校準(zhǔn)可編程電源供電和電壓拉偏低噪聲、紋波小地環(huán)路引入干擾溫箱溫度一致性溫控精度、均勻性線纜在箱內(nèi)過長(zhǎng)選儀器時(shí)不要只看“能不能測(cè)”要看“測(cè)出來(lái)準(zhǔn)不準(zhǔn)”。比如測(cè)CAN FD 2Mbps的上升時(shí)間信號(hào)基頻大概1MHz但邊沿可能只有20ns按0.35/Tr估算帶寬約17.5MHz理論上示波器帶寬要50MHz以上實(shí)際為了余量和捕獲諧波我一般會(huì)選200MHz以上。測(cè)USB 2.0高速480Mbps帶寬至少1GHz起步。采樣率至少是帶寬的5倍否則看到的波形是插值出來(lái)的細(xì)節(jié)不可信。2.2 治具、探頭與線纜的細(xì)節(jié)治具是物理層測(cè)試?yán)镒钊菀妆坏凸赖牟糠?。?biāo)準(zhǔn)測(cè)試往往要求特定的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、夾具阻抗和線纜長(zhǎng)度。你如果隨便拿兩根杜邦線接出來(lái)測(cè)數(shù)據(jù)只能自己看看不能拿去出報(bào)告。差分信號(hào)要用差分探頭單端信號(hào)要用低電容探頭高速信號(hào)要用同軸或SMA連接。CAN測(cè)試常用DB9或OBD接口但要注意引腳定義和終端電阻位置。探頭負(fù)載效應(yīng)必須考慮。普通無(wú)源探頭電容可能在10pF到15pF直接跨接在CAN總線上會(huì)把總線電容抬高上升時(shí)間測(cè)出來(lái)偏慢。高速差分探頭輸入電容通常更小但也不是零。測(cè)電容時(shí)更要注意探頭一碰上去讀數(shù)就變了。我的習(xí)慣是能用夾具固定就用夾具能用焊接短地彈簧就不用長(zhǎng)地線能去嵌就去嵌。線纜長(zhǎng)度也要控制。同軸線長(zhǎng)度不匹配會(huì)引入延遲和反射雙絞線絞距和屏蔽層處理會(huì)影響共模。CAN總線測(cè)試時(shí)線束長(zhǎng)度、分支長(zhǎng)度、終端電阻位置都要按標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求布置。不要為了圖方便把所有節(jié)點(diǎn)堆在桌上那樣測(cè)出來(lái)的電容和反射跟實(shí)車完全不是一回事。2.3 校準(zhǔn)、去嵌和基準(zhǔn)波形校準(zhǔn)是Compliance測(cè)試的良心。示波器要做通道偏置校準(zhǔn)、延遲校準(zhǔn)、探頭校準(zhǔn)TDR要做開路、短路、負(fù)載校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀要做SOLT或電子校準(zhǔn)LCR表要做開路和短路補(bǔ)償。很多人跳過校準(zhǔn)直接測(cè)數(shù)據(jù)漂了也不知道是DUT問題還是儀器問題。去嵌是高速測(cè)試的必修課。測(cè)試夾具、線纜、連接器都會(huì)引入寄生參數(shù)尤其是電容和電感。你要么用夾具的S參數(shù)去嵌要么用TDR看夾具本身的阻抗和延遲把夾具影響從結(jié)果里扣掉。對(duì)于CAN這種速率不高的接口去嵌要求沒那么高但如果你測(cè)的是總線電容夾具和線纜電容必須扣除。基準(zhǔn)波形很重要。每次測(cè)試前我建議先用一個(gè)已知良好的參考板或黃金樣件跑一遍保存波形、眼圖、S參數(shù)和電容值。這樣一旦后面數(shù)據(jù)異常你能快速判斷是DUT變了還是環(huán)境變了。基準(zhǔn)數(shù)據(jù)還能幫你發(fā)現(xiàn)儀器漂移比如探頭壞了、校準(zhǔn)過期了。2.4 電源、接地和屏蔽電源質(zhì)量直接影響物理層測(cè)試。開關(guān)電源紋波大可能讓抖動(dòng)和眼圖變差。做一致性測(cè)試時(shí)我傾向于用低噪聲線性電源或者電池供電至少也要在電源輸出端加足夠的濾波。如果標(biāo)準(zhǔn)要求電壓拉偏比如±10%那就在拉偏條件下重新測(cè)關(guān)鍵項(xiàng)。接地是個(gè)玄學(xué)但物理層測(cè)試?yán)锼强茖W(xué)。地環(huán)路會(huì)引入共模干擾導(dǎo)致眼圖閉合、抖動(dòng)變大、電容測(cè)試不穩(wěn)。單點(diǎn)接地、星形接地、短而粗的地線這些原則要遵守。高速差分信號(hào)的回流路徑要連續(xù)不要在參考平面上開槽。屏蔽層怎么接要看標(biāo)準(zhǔn)有的要求單端接地有的要求兩端接地亂接可能變成天線。共模干擾是CAN和車載以太網(wǎng)測(cè)試的重點(diǎn)。CAN收發(fā)器有共模電壓范圍要求總線共模電壓超范圍可能導(dǎo)致誤判。測(cè)試時(shí)可以用共模電感、共模 choke或者在標(biāo)準(zhǔn)要求的共模電壓條件下注入干擾看接收端是否仍能正確解碼。不要只測(cè)差分波形好看就以為萬(wàn)事大吉。3. 核心測(cè)試項(xiàng)拆解與實(shí)操步驟3.1 眼圖、模板和余量測(cè)試眼圖是把多個(gè)比特周期的波形疊加起來(lái)看信號(hào)在時(shí)間軸和幅度軸上的開口。模板測(cè)試就是把眼圖套進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多邊形模板里任何一點(diǎn)侵入模板就算失敗。眼圖測(cè)試步驟大概是連接探頭、設(shè)置觸發(fā)、采集足夠多的UI、做時(shí)鐘恢復(fù)、疊加眼圖、套模板、算余量。實(shí)操中要注意采樣率不夠眼圖是假的觸發(fā)抖動(dòng)大眼圖會(huì)糊累積深度不夠低概率事件抓不到去嵌沒做夾具影響算在DUT頭上。對(duì)于CAN FD眼圖測(cè)試通常在數(shù)據(jù)段進(jìn)行要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置位速率、采樣點(diǎn)和負(fù)載。模板通過不代表高枕無(wú)憂還要看眼高、眼寬、抖動(dòng)余量。我一般會(huì)同時(shí)保存原始波形和眼圖截圖。原始波形用來(lái)復(fù)查邊沿和異常眼圖用來(lái)出報(bào)告。如果眼圖剛好卡模板我會(huì)把溫度、電壓、線束長(zhǎng)度都拉一遍看最壞情況下的余量。只測(cè)常溫常壓的Pass含金量有限。3.2 幅度、上升/下降時(shí)間、位寬和占空比幅度類測(cè)試看起來(lái)簡(jiǎn)單但定義很容易搞混。上升時(shí)間有10%到90%也有20%到80%標(biāo)準(zhǔn)里寫哪個(gè)就用哪個(gè)。CAN差分信號(hào)的顯性電平和隱性電平要分別在指定負(fù)載下測(cè)共模電壓也要記錄。位寬和占空比關(guān)系到采樣點(diǎn)位寬偏差太大接收端可能采樣到錯(cuò)誤電平。上升下降時(shí)間直接受總線電容和終端電阻影響。RC時(shí)間常數(shù)τR×C10%到90%上升時(shí)間約2.2τ。如果CAN總線等效電阻60Ω總線電容100pFτ6ns上升時(shí)間約13.2ns如果電容200pFτ12ns上升時(shí)間約26.4ns。這個(gè)量級(jí)在高速CAN FD里已經(jīng)很明顯了。所以物理層電容測(cè)試和邊沿測(cè)試要放在一起看。占空比失真和對(duì)稱性也要關(guān)注。上升沿和下降沿不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致脈寬失真影響采樣余量還會(huì)增加EMC輻射。測(cè)試時(shí)用差分探頭注意探頭兩個(gè)輸入端的延遲匹配。如果探頭不匹配測(cè)出來(lái)的對(duì)稱性偏差可能是假的。3.3 抖動(dòng)、共模和對(duì)稱性抖動(dòng)是高速接口的?？?。總抖動(dòng)TJ由隨機(jī)抖動(dòng)RJ和確定性抖動(dòng)DJ組成確定性抖動(dòng)又包括數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)、占空比失真抖動(dòng)、周期性抖動(dòng)等。測(cè)試時(shí)通常用示波器的抖動(dòng)分析軟件或者用誤碼儀配合。要注意觸發(fā)方式、時(shí)鐘恢復(fù)方式和測(cè)量帶寬不同設(shè)置結(jié)果差異很大。共模電壓測(cè)試在CAN和差分接口里很關(guān)鍵。CAN總線共模電壓范圍通常要求在一定窗口內(nèi)超出后收發(fā)器可能無(wú)法正確識(shí)別差分信號(hào)。測(cè)試時(shí)可以用兩個(gè)單端探頭分別測(cè)CAN_H和CAN_L再用數(shù)學(xué)運(yùn)算求差分和共模。差分探頭直接測(cè)差分更準(zhǔn)但共模需要另外測(cè)。共模電感、終端電阻匹配、地偏移都會(huì)影響共模。對(duì)稱性測(cè)試看差分對(duì)兩條線的上升下降時(shí)間、幅度、延遲是否匹配。不對(duì)稱會(huì)降低差分信號(hào)質(zhì)量增加共模輻射。PCB走線長(zhǎng)度不匹配、連接器引腳不對(duì)稱、線纜絞距不均勻都會(huì)導(dǎo)致對(duì)稱性變差。測(cè)試時(shí)要在同一條件下同時(shí)捕獲兩條線不要分開測(cè)再拼。3.4 阻抗、回波損耗和S參數(shù)阻抗測(cè)試通常用TDR。TDR發(fā)出一個(gè)快速上升沿看反射回來(lái)的波形算出傳輸線特征阻抗。差分阻抗一般要求100Ω或120Ω具體看接口。TDR上升時(shí)間越快空間分辨率越高能看到的阻抗突變?cè)郊?xì)。夾具和線纜要去嵌否則測(cè)到的是夾具阻抗?；夭〒p耗和S參數(shù)用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)。S11表示輸入反射回波損耗越大越好。對(duì)于差分接口還要看S11差分、S21插入損耗、共模S參數(shù)。S參數(shù)可以幫你定位阻抗不連續(xù)的位置比如連接器、過孔、線束分支。測(cè)試頻率范圍要覆蓋接口關(guān)心頻段校準(zhǔn)要認(rèn)真做。我遇到過一個(gè)CAN FD項(xiàng)目眼圖在常溫下勉強(qiáng)通過但高溫下失敗。后來(lái)用TDR發(fā)現(xiàn)線束分支處阻抗跌落加上電容偏大高溫下收發(fā)器驅(qū)動(dòng)能力下降邊沿更慢。把分支縮短、換低電容線束后高溫余量才回來(lái)。阻抗和電容從來(lái)不是孤立問題。3.5 物理層電容測(cè)試的三種方法和選擇物理層電容測(cè)試常用三種方法各有適用場(chǎng)景。第一種是LCR表法適合斷電測(cè)單點(diǎn)或小網(wǎng)絡(luò)電容。設(shè)置測(cè)試頻率比如1kHz、100kHz、1MHz選擇串聯(lián)或并聯(lián)等效模式做開路短路校準(zhǔn)然后測(cè)CAN_H對(duì)地、CAN_L對(duì)地、CAN_H到CAN_L。注意DUT要斷電節(jié)點(diǎn)要放電測(cè)試線盡量短。第二種是阻抗分析儀法適合掃頻看電容隨頻率的變化還能加直流偏置。MLCC電容在直流偏置下容量會(huì)下降用阻抗分析儀能看出真實(shí)工作條件下的電容。測(cè)試時(shí)要設(shè)置偏置電壓、掃描頻率范圍、交流激勵(lì)幅度避免激勵(lì)太大導(dǎo)致非線性。第三種是TDR或網(wǎng)絡(luò)分析儀法適合在線測(cè)總線等效電容和局部電容。TDR可以通過阻抗跌落估算局部電容網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)S參數(shù)再換算。在線測(cè)試要注意終端電阻的影響有時(shí)需要把終端電阻斷開或模擬真實(shí)負(fù)載。對(duì)于CAN總線我通常先測(cè)終端電阻再測(cè)總線電容最后把電容和上升時(shí)間對(duì)照看是否匹配。方法適用場(chǎng)景優(yōu)點(diǎn)注意事項(xiàng)LCR表斷電單點(diǎn)/小網(wǎng)絡(luò)直接讀數(shù)操作簡(jiǎn)單測(cè)試頻率和偏置要記錄阻抗分析儀掃頻、偏置、研發(fā)分析看頻率和電壓特性?shī)A具補(bǔ)償要準(zhǔn)確TDR/網(wǎng)分在線、定位、高速能看分布和局部突變?nèi)デ逗徒K端影響要扣除3.6 CAN物理層測(cè)試完整流程CAN物理層測(cè)試可以按下面這個(gè)順序走避免漏項(xiàng)。第一步目視和基礎(chǔ)檢查電源、地、終端電阻數(shù)量、線束長(zhǎng)度、連接器。第二步測(cè)終端電阻斷電測(cè)總線兩端并聯(lián)值通常在60Ω左右。第三步上電測(cè)顯性/隱性電平、差分電壓、共模電壓。第四步測(cè)位時(shí)間、上升下降時(shí)間、占空比。第五步跑眼圖和數(shù)據(jù)段模板。第六步測(cè)總線電容和共模阻抗。第七步做接收端容限和抗擾度測(cè)試。第八步記錄溫度、電壓拉偏下的最壞情況。測(cè)試項(xiàng)典型條件典型判據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)常見問題終端電阻斷電約60Ω兩個(gè)120Ω并聯(lián)少接、多接、阻值偏差顯性差分電壓上電帶載約1.5V-3.0V驅(qū)動(dòng)能力不足隱性差分電壓上電帶載接近0V共模偏移上升下降時(shí)間指定負(fù)載不超過標(biāo)準(zhǔn)限值總線電容大位時(shí)間數(shù)據(jù)段容差內(nèi)時(shí)鐘源偏差總線電容斷電或在線按速率和規(guī)范線束、節(jié)點(diǎn)、探頭影響共模電壓工作范圍標(biāo)準(zhǔn)窗口內(nèi)地偏移、干擾測(cè)試時(shí)要用同一套夾具和線束不要今天用短線、明天用長(zhǎng)線。報(bào)告里要寫清楚測(cè)試條件否則數(shù)據(jù)沒法復(fù)現(xiàn)。CAN FD還要區(qū)分仲裁段和數(shù)據(jù)段兩者速率不同測(cè)試條件也不同。3.7 接收端一致性測(cè)試發(fā)送端測(cè)試看DUT發(fā)出來(lái)的波形接收端測(cè)試看DUT能不能在惡劣輸入下正確接收。方法是用任意波形發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試波形注入DUT接收端改變幅度、共模電壓、抖動(dòng)、上升時(shí)間看DUT是否仍然正確解碼。接收端測(cè)試更接近真實(shí)互操作場(chǎng)景但搭建復(fù)雜度也更高。接收端測(cè)試要注意阻抗匹配和注入點(diǎn)。AWG輸出阻抗通常是50Ω要通過匹配網(wǎng)絡(luò)接到DUT。注入波形的幅度要校準(zhǔn)到DUT引腳處不能只看AWG設(shè)置值。共模電壓要按標(biāo)準(zhǔn)拉偏抖動(dòng)要注入指定量。測(cè)試過程中要監(jiān)控DUT的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器或輸出判斷是否誤碼。我一般會(huì)先跑一個(gè)接收端眼圖容限找到DUT能正確接收的最小眼高和眼寬再和標(biāo)準(zhǔn)模板比較。如果DUT的接收容限比標(biāo)準(zhǔn)還窄說(shuō)明設(shè)計(jì)余量不足。接收端測(cè)試比發(fā)送端更容易暴露共模和閾值問題做CAN和車載以太網(wǎng)時(shí)尤其值得花時(shí)間。3.8 自動(dòng)化測(cè)試腳本框架物理層測(cè)試有很多重復(fù)測(cè)量適合用腳本自動(dòng)化。常見組合是Python PyVISA控制示波器、電源、信號(hào)發(fā)生器。下面是一個(gè)簡(jiǎn)化框架用來(lái)讀取波形、計(jì)算上升時(shí)間、判定是否超限。實(shí)際使用時(shí)要把儀器地址、通道、量程、校準(zhǔn)參數(shù)替換成自己的。import pyvisa import numpy as np rm pyvisa.ResourceManager() scope rm.open_resource(TCPIP0::192.168.1.100::INSTR) scope.timeout 10000 # 設(shè)置通道和時(shí)基 scope.write(:CHAN1:DISP ON) scope.write(:TIM:SCAL 1e-8) scope.write(:TRIG:EDGE:SOUR CHAN1) scope.write(:TRIG:EDGE:LEV 0) # 采集波形 scope.write(:SING) scope.query(*OPC?) raw scope.query_ascii_values(:WAV:DATA?) xinc float(scope.query(:WAV:XINC?)) xorig float(scope.query(:WAV:XOR?)) yinc float(scope.query(:WAV:YINC?)) yorig float(scope.query(:WAV:YOR?)) yref float(scope.query(:WAV:YREF?)) wave (np.array(raw) - yref) * yinc yorig time xorig np.arange(len(wave)) * xinc # 計(jì)算10%-90%上升時(shí)間 v_low np.min(wave) v_high np.max(wave) th_10 v_low 0.1 * (v_high - v_low) th_90 v_low 0.9 * (v_high - v_low) idx_10 np.where(wave th_10)[0][0] idx_90 np.where(wave th_90)[0][0] rise_time time[idx_90] - time[idx_10] print(fRise time: {rise_time*1e9:.2f} ns) if rise_time 30e-9: print(FAIL: rise time exceeds limit) else: print(PASS)腳本能省時(shí)間但不能替代校準(zhǔn)和夾具。自動(dòng)化之前先把手動(dòng)測(cè)試跑通確認(rèn)觸發(fā)、量程、去嵌都正確。否則腳本只是更快地產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。4. 判定、報(bào)告與失敗定位4.1 余量計(jì)算不要只看Pass/Fail一致性測(cè)試報(bào)告里只寫Pass/Fail價(jià)值有限。真正有用的是余量。余量可以是絕對(duì)值也可以是百分比。比如上升時(shí)間上限30ns實(shí)測(cè)25ns余量5ns百分比約16.7%。眼高上限和實(shí)測(cè)值也可以算余量。余量越小風(fēng)險(xiǎn)越高。算余量時(shí)要考慮測(cè)量不確定度。示波器帶寬、探頭負(fù)載、夾具去嵌、校準(zhǔn)誤差都會(huì)帶來(lái)不確定度。如果余量只有幾個(gè)百分點(diǎn)而測(cè)量不確定度就有3%那這個(gè)Pass其實(shí)很懸。我一般要求關(guān)鍵項(xiàng)余量至少20%高速項(xiàng)至少30%溫度電壓拉偏后也不能掉太多。余量還能幫你做設(shè)計(jì)取舍。比如總線電容測(cè)試發(fā)現(xiàn)余量很小你可以換低電容線束、縮短分支、減少節(jié)點(diǎn)電容或者降低通信速率。拿著余量數(shù)據(jù)去和系統(tǒng)工程師討論比說(shuō)“好像有點(diǎn)問題”有效得多。4.2 批次一致性與統(tǒng)計(jì)物理層一致性測(cè)試不只看單個(gè)樣品。量產(chǎn)之后批次波動(dòng)、物料批次、PCB工藝、線束長(zhǎng)度都會(huì)影響結(jié)果。所以抽樣測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析很重要。至少記錄均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值有條件的話算Cp/Cpk。比如總線電容設(shè)計(jì)目標(biāo)100pF實(shí)測(cè)一批樣品均值95pF標(biāo)準(zhǔn)差8pF那上限120pF的規(guī)格下Cpk可能就不高。如果線束批次變化再引入10pF波動(dòng)很容易超限。物理層電容測(cè)試之所以重要就是它能把這種波動(dòng)量化出來(lái)。溫度循環(huán)和電壓拉偏也要做統(tǒng)計(jì)。有些問題只在高溫高濕或者低壓條件下出現(xiàn)。如果只測(cè)常溫常壓報(bào)告好看量產(chǎn)翻車。我的習(xí)慣是把關(guān)鍵項(xiàng)做成矩陣溫度三點(diǎn)、電壓三點(diǎn)、樣品至少五臺(tái)這樣更容易發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)。4.3 報(bào)告怎么寫才可追溯一份能復(fù)現(xiàn)的Compliance報(bào)告至少要有這些信息DUT信息、硬件版本、軟件版本、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)版本、測(cè)試項(xiàng)、測(cè)試條件、儀器型號(hào)和校準(zhǔn)日期、夾具和線束信息、原始數(shù)據(jù)、判定結(jié)果、余量、測(cè)試人、日期。最好附上波形截圖、眼圖、S參數(shù)圖。字段內(nèi)容示例作用標(biāo)準(zhǔn)版本ISO 11898-2:2016避免判據(jù)混淆DUT狀態(tài)上電CAN FD使能數(shù)據(jù)段2Mbps復(fù)現(xiàn)條件溫度電壓25°C12V-40°C9V覆蓋邊界儀器校準(zhǔn)示波器校準(zhǔn)日期數(shù)據(jù)可信原始數(shù)據(jù)波形文件、CSV復(fù)查余量上升時(shí)間25ns限值30ns余量16.7%風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告不要只寫“合格”要寫“在什么條件下合格”?？蛻艋蛟u(píng)審看的是可追溯性。你如果換了探頭、換了線束報(bào)告里沒寫后面沒人能復(fù)現(xiàn)。4.4 失敗復(fù)現(xiàn)與根因定位Compliance失敗時(shí)第一步不是改板而是確認(rèn)測(cè)試系統(tǒng)。更換探頭、通道、線纜、夾具重跑校準(zhǔn)用黃金樣件對(duì)比。很多失敗其實(shí)是探頭地線太長(zhǎng)、校準(zhǔn)過期、終端電阻沒接、電源紋波太大。確認(rèn)測(cè)試系統(tǒng)沒問題后再用二分法定位。發(fā)送端問題斷開負(fù)載測(cè)接收端問題用AWG直接注入電容問題逐段斷開線束和節(jié)點(diǎn)測(cè)阻抗問題用TDR看突變位置。CAN總線偶發(fā)錯(cuò)誤先看終端電阻和共模再看總線電容和邊沿最后看協(xié)議配置。根因定位要有記錄。每次改動(dòng)只改一個(gè)變量測(cè)完再改下一個(gè)。否則你永遠(yuǎn)不知道是哪個(gè)改動(dòng)解決了問題。我吃過這個(gè)虧同時(shí)換了線束、加了終端、改了軟件采樣點(diǎn)問題消失了但不知道哪個(gè)是關(guān)鍵下次還會(huì)踩。4.5 常見問題速查表現(xiàn)象可能原因排查方法解決方向眼圖閉合抖動(dòng)大、邊沿慢、阻抗不連續(xù)看上升時(shí)間、TDR、S參數(shù)縮短線束、匹配阻抗、降低電容CAN偶發(fā)錯(cuò)誤終端電阻不對(duì)、共模干擾、電容大測(cè)終端、共模、總線電容補(bǔ)終端、加共模電感、換線束電容讀數(shù)漂移探頭負(fù)載、未校準(zhǔn)、殘余電荷換LCR表、校準(zhǔn)、放電四端法、低電容探頭、去嵌上升時(shí)間超標(biāo)總線電容大、驅(qū)動(dòng)弱測(cè)電容、換節(jié)點(diǎn)、看驅(qū)動(dòng)降電容、換收發(fā)器、縮短分支共模超限地偏移、不對(duì)稱、干擾測(cè)CAN_H/CAN_L對(duì)地改地、匹配、屏蔽高溫失敗驅(qū)動(dòng)能力下降、電容變化溫箱拉偏、對(duì)比常溫選更高規(guī)格器件、留余量5. 實(shí)操心得與參數(shù)估算5.1 帶寬和采樣率怎么選示波器帶寬和采樣率是物理層測(cè)試的基礎(chǔ)。經(jīng)驗(yàn)公式示波器帶寬至少是信號(hào)最高關(guān)心頻率的3到5倍。對(duì)于數(shù)字信號(hào)可以用0.35除以上升時(shí)間估算所需帶寬。比如上升時(shí)間20ns帶寬約17.5MHz選3倍就是52.5MHz5倍就是87.5MHz。實(shí)際我會(huì)選200MHz以上留足余量。采樣率至少是帶寬的5倍最好10倍。否則高頻細(xì)節(jié)會(huì)丟失眼圖和上升時(shí)間都不準(zhǔn)。比如200MHz帶寬采樣率至少1GS/s最好2GS/s。測(cè)CAN FD 5Mbps200MHz帶寬、1GS/s采樣率基本夠用。測(cè)更高速接口就要按接口頻率重新算。探頭帶寬也要匹配。探頭帶寬不夠示波器再好也沒用。差分探頭還要看共模抑制比和輸入電容。測(cè)電容時(shí)探頭輸入電容會(huì)直接影響讀數(shù)能不用探頭就不用盡量用夾具和LCR表。5.2 終端電阻和總線電容的RC估算CAN總線兩端各一個(gè)120Ω終端電阻并聯(lián)后等效60Ω?？偩€電容和這個(gè)電阻構(gòu)成RC低通。上升時(shí)間10%到90%約2.2RC。假設(shè)總線電容100pFτ60×100pF6ns上升時(shí)間約13.2ns。如果電容200pFτ12ns上升時(shí)間約26.4ns。這個(gè)估算能幫你快速判斷邊沿是否合理。如果實(shí)測(cè)上升時(shí)間遠(yuǎn)大于估算值可能有額外電容、線束分支、探頭負(fù)載或者驅(qū)動(dòng)能力不足。反過來(lái)如果實(shí)測(cè)遠(yuǎn)小于估算可能終端電阻沒接或者測(cè)量點(diǎn)不對(duì)。RC估算不是精確仿真但能幫你建立量級(jí)感排查時(shí)非常有用。物理層電容測(cè)試要結(jié)合這個(gè)估算看?？偩€規(guī)范通常會(huì)給總電容上限或者等效負(fù)載要求具體值以標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。經(jīng)驗(yàn)上500kbps以下傳統(tǒng)CAN可以容忍較大電容CAN FD高數(shù)據(jù)速率下要盡量壓低。把電容控制在100pF以內(nèi)通常邊沿和EMC都會(huì)好很多。5.3 探頭負(fù)載對(duì)電容測(cè)試的影響探頭負(fù)載是電容測(cè)試的隱形殺手。普通無(wú)源探頭輸入電容10pF到15pF如果總線本身只有幾十pF探頭一碰上去讀數(shù)就偏大很多。差分探頭好一些但也不是零。測(cè)總線電容時(shí)最好先測(cè)不帶探頭的值再評(píng)估探頭影響。LCR表用四端法能減小線纜和接觸電阻影響。測(cè)試線要盡量短屏蔽要好開路短路校準(zhǔn)要在同一測(cè)試頻率下做。如果測(cè)在線總線終端電阻會(huì)影響讀數(shù)必要時(shí)斷開終端或者用TDR法看等效電容。我自己的順序是先用LCR表斷電測(cè)節(jié)點(diǎn)和線束電容再用TDR在線看分布和突變最后用上升時(shí)間反推等效電容。三種方法互相驗(yàn)證比單一讀數(shù)可靠。5.4 溫漂和電壓偏置電容不是恒定值。MLCC Class II電容在直流偏置下容量可能下降很多溫度變化也會(huì)影響容量。CAN總線上的電容可能來(lái)自TVS、濾波電容、連接器、線束這些都會(huì)隨溫度和電壓變化。一致性測(cè)試如果只測(cè)常溫常壓可能漏掉最壞情況。測(cè)試時(shí)記錄溫度和電壓最好在高溫、低溫、低壓、高壓下各測(cè)一輪。如果標(biāo)準(zhǔn)要求電壓拉偏就按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。對(duì)于總線電容可以在不同共模電壓下測(cè)看電容是否明顯變化。變化大的電容要慎用。收發(fā)器引腳電容和PCB寄生電容也會(huì)隨工藝變化。量產(chǎn)時(shí)留足余量不要卡線設(shè)計(jì)。物理層電容測(cè)試的意義就在于把這種隱藏波動(dòng)提前暴露出來(lái)。5.5 線束和連接器的影響線束和連接器是物理層測(cè)試中最難控制的部分。線束長(zhǎng)度、絞距、屏蔽、分支長(zhǎng)度、連接器引腳排列都會(huì)影響電容、阻抗和共模。CAN總線分支太長(zhǎng)會(huì)引入反射和額外電容屏蔽層接地不對(duì)會(huì)變成天線連接器阻抗不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致回波損耗變差。做測(cè)試時(shí)盡量用實(shí)車同款線束和連接器。如果做不到至少記錄線束參數(shù)并在報(bào)告中說(shuō)明差異。線束每米電容可以用LCR表測(cè)也可以查線纜規(guī)格書。分支長(zhǎng)度一般建議盡量短高速CAN FD尤其嚴(yán)格。連接器插拔次數(shù)也會(huì)影響接觸電阻和電容。測(cè)試前檢查連接器是否干凈、針腳是否變形。有時(shí)候一個(gè)接觸不良的連接器能讓所有Compliance數(shù)據(jù)都變得不可信。6. 個(gè)人踩坑記錄6.1 一次CAN總線偶發(fā)錯(cuò)誤有個(gè)項(xiàng)目500kbps傳統(tǒng)CAN升級(jí)到CAN FD 2Mbps后臺(tái)架測(cè)試偶爾報(bào)CRC錯(cuò)誤。一開始懷疑軟件配置換了采樣點(diǎn)、調(diào)了同步跳轉(zhuǎn)寬度問題依舊。后來(lái)用示波器看波形發(fā)現(xiàn)上升沿明顯變緩測(cè)終端電阻只有一端有120Ω另一端沒接?？偩€電容測(cè)出來(lái)也偏大線束分支大概半米。把兩端終端補(bǔ)齊縮短分支換低電容雙絞線后眼圖明顯打開錯(cuò)誤率降到零。這個(gè)坑讓我記住CAN FD不是傳統(tǒng)CAN簡(jiǎn)單提速物理層必須重新過一遍。終端電阻和總線電容是最先要查的兩項(xiàng)。6.2 一次眼圖測(cè)試誤判還有一次測(cè)高速差分接口眼圖一直不過。折騰半天最后發(fā)現(xiàn)是差分探頭地線太長(zhǎng)導(dǎo)致振鈴測(cè)出來(lái)的上升時(shí)間和眼圖都是假的。換成短地彈簧、重新校準(zhǔn)探頭后眼圖直接合格。探頭和夾具的坑幾乎每個(gè)做物理層測(cè)試的人都踩過。我的建議是每次測(cè)試前先看探頭地線能短就短能焊接就不要用夾子能去嵌就去嵌。不要急著懷疑DUT先懷疑測(cè)試系統(tǒng)。6.3 電容測(cè)試被萬(wàn)用表坑早期做CAN總線電容測(cè)試拿萬(wàn)用表電容檔直接測(cè)讀數(shù)一會(huì)兒80pF一會(huì)兒200pF完全沒法判斷。后來(lái)用LCR表設(shè)置100kHz測(cè)試頻率做開路短路校準(zhǔn)用四端法測(cè)讀數(shù)穩(wěn)定很多。再和TDR結(jié)果對(duì)照才把總線電容確認(rèn)下來(lái)。萬(wàn)用表不是不能用但它不適合測(cè)小電容和在線總線。物理層電容測(cè)試要選對(duì)儀器和頻率記錄條件。探頭、線纜、終端電阻都會(huì)影響讀數(shù)測(cè)之前先想清楚測(cè)的是什么測(cè)的是節(jié)點(diǎn)電容、線束電容還是總等效電容?，F(xiàn)在我做任何物理層Compliance測(cè)試都會(huì)先做三件事校準(zhǔn)儀器和夾具記錄基準(zhǔn)波形和基準(zhǔn)電容確認(rèn)終端電阻和總線拓?fù)?。這三件事做完后面波形再亂至少知道不是測(cè)試環(huán)境的問題。剩下的就是耐心測(cè)、認(rèn)真記、留足余量。