Ako otestovať prijímač pre Automotive ethernet?

V tomto článku si priblížime simultánnu situáciu, v ktorej si budeme potvrdzovať, či správne fungujú prijímacie časti komunikačných jednotiek využívajúce protokol Automotive Ethernet v súčasných Automotive systémoch. Súčasťou overenia je aj správanie prijímača pri neskreslenom signále, jeho odolnosť v prípade rušenia a skreslenia (jitter, šum), ďalej pri nesprávnej úrovni napätia a podobne.

Autor: Bohumil Vítovec

 

Predpokladajme, že chceme otestovať prijímač pre rýchlu sériovú zbernicu, ako je Automotive Ethernet vo verzii 100Base-T1.

 

Pri vývoji komunikácie v súčasných Automotive systémoch využívajúcich čoraz častejšie Automotive Ethernet treba potvrdiť si, či správne fungujú prijímacie časti komunikačných jednotiek, ktoré s týmto protokolom pracujú. Ďalej je nutné overiť, ako sa prijímač správa pri neskreslenom signále, ale tiež ako je odolný, keď čelí rušeniu a skresleniu, ako je jitter, šum, nesprávna úroveň napätia a podobne.

 

Aby sme mohli sledovať a vyhodnotiť prenášaný signál, potrebujeme vhodný osciloskop s želanými parametrami.

 

Osciloskop Teledyne LeCroy WavePro 254HD je vybavený natívne dvanásťbitovým prevodom a dokáže tak zobraziť meraný signál do najmenších detailov. Šírka pásma základného modelu WavePro 254HD je 2.5GHz a vzorkovacia frekvencia 20GS/s plného vertikálneho rozlíšenia 12 bitov. Pokryje tak všetky aspekty potrebného testu.

Navyše osciloskopy Teledyne LeCroy disponujú celým radom nástrojov na overovanie stavu sériovej komunikácie po zbernici Ethernet. K tomu sú k dispozícii aj kompliančné testy s využitím nástroja Qualiphy compliance Test.

 

 

Obrázek 1:Osciloskop Teledyne LeCroy WavePro HD, má plně dvanáctibitovou architekturu a dokáže pokrýt signály až do rozsahu šířky pásma 8GHz

Ďalej potrebujeme zdroj dátového signálu sériovej zbernice, ktorý bude dostatočne flexibilný, presný a ľahko použiteľný na vytvorenie sekvencie testovacích signálov a umožní nám tak zistiť, aké sú skutočné prevádzkové limity nášho prijímača.

 

Obrázek 2: Arbitrární generátor signálu Teledyne Test Tools T3AWG3K, disponuje DAC převodníkem s šestnáctibitovým rozlišením a velkou akviziční pamětí pro generování signálu do nejmenších detailů.

Zbernica Automotive ethernet vo verzii 100Base-T1 pracuje so signálmi modulovanými PAM3, čo je ternárna (pozn.: vzniknutá z troch zložiek) amplitúdová modulácia, schopná prenášať ternárny symbol (+1, 0,-1) pre každú periódu hodinového signálu.

Verzia štandardu 100Base-T1 využíva takt 66,667 Mb/s a signály s menovitým napätím 1 V, alebo 0 V a -1 V zodpovedajúcich vysielanému symbolu, takže prijímač pracuje s dvoma úrovňami rozhodovacieho prahu a musí rozlišovať medzi tromi povolenými symbolmi.

 

Presne v týchto prípadoch vyniká Arbitrárny generátor priebehu signálu AWG.

 

Potrebujeme ako východiskový bod čistý signál PAM3 s primeranou frekvenciou a amplitúdou, ktorý nie je ľahko dostupný v standartných generátoroch funkcií. Taktiež sa nezaobídeme bez celého radu „skreslených“ signálov PAM3, aby sme mohli náš prijímač otestovať pri akých situáciách zvládne uspokojivo pracovať.

Pozrime sa, ako generovať takúto sekvenciu stimulačných signálov pomocou moderného arbitrárneho generátora, modelu T3AWG3K od Teledyne Test Tools (divízia Teledyne Lecroy).

Predpokladajme, že chceme vygenerovať sekvenciu stimulačných signálov pozostávajúcu z čistého pseudonáhodného priebehu PAM3, po ktorom nasleduje podobný, ale šumom ovplyvnený priebeh, ďalší ovplyvnený ešte väčším šumom a tak ďalej, celkovo päť priebehov.

 

Segmenty a komponenty generátora T3AWG3K.

 

V režime AWG môžeme veľmi ľahko vytvoriť pseudonáhodný stimulačný signál PAM3 pomocou programu Waveform Editor. V tomto prostredí možno produkovať priebehy ľubovoľného typu a zložitosti kombinácií rôznych segmentov a komponentov. Segmenty zodpovedajú po sebe idúcim častiam tvaru vlny v časovej oblasti. Každý segment tvaru vlny môže byť zložený zo superpozície viacerých zložiek.

 

 

Obrázek 3: WaveForm editor arbitrárního generátoru T3AWG, s přednastavenými standartními průběhy signálu

Aby sme vytvorili sekvenciu stimulačných signálov čoraz viac ovplyvnených šumom, duplikujeme skôr vytvorený priebeh a pridáme do segmentu novú komponentu. Tentoraz z preddefinovaných signálov dostupných v editore Waveform Editor vyberieme biely šum a nastavíme úroveň 100 mV. To je všetko. Teraz máme k dispozícii aj zašumený signál.

 

 

Obrázok 4: Zobrazenie ethernetového signálu na osciloskope Teledyne LeCroy WavePro HD, na ľavej strane obrazovky je signál PAM vytvorený arbitrárnym generátorom T3AWG, na pravej diagnostika oka signálu.

 

 

Obrázok 5: Návrh testovacej sekvencie v arbitrárnom genrátore T3AWG, pre základný neskreslený signál a niekoľko ďalších signálov PAM s pridaným šumom

 

Rovnakým postupom môžeme vytvoriť ďalšie priebehy ovplyvnené zvyšujúcou sa úrovňou šumu.

 

V tomto bode je možné využiť schopnosť Sequencer generátora T3AWG3K na vytvorenie kompletnej sekvencie stimulačných signálov, ktoré budú odoslané do nášho testovaného prijímača.

Do každého vstupu sekventu načítame skôr vytvorené vzorové priebehy signálu, počnúc čistým, po ktorom nasledujú tie s rastúcou úrovňou šumu. Pre každý vstup nastavíme režim nekonečného opakovania a prechod na ďalší priebeh až po stlačenie tlačidla.

 

Teraz môžeme testovať.

 

Spustenie sekvencie najprv vygeneruje čistý signál PAM3. Vždy, keď stlačíme tlačidlo, zvýšime úroveň šumu, aby sme čoraz viac zaťažovali náš prijímač a vyhodnocovali jeho prevádzkové limity.

 

 

Obrázok 6: Na osciloskope Teledyne LeCroy je zobrazený signál PAm zaťažený šumom a vyhodnotenie diagramu oka, na ktorom je vidieť, že niektoré časti už nevyhovujú špecifikáciám pre automotíve ethernet reciever.

 

Záver

 

Rovnako ako sme vytvorili priebehy ovplyvnené šumom, mohli by sme ľahko vytvoriť ďalšie priebehy s inými nedokonalosťami. Napríklad zmeniť jeden alebo viac symbolov priamou intervenciou na ich napäťovej úrovni, alebo pridať iter či napäťový offset, eventuálne by sme mohli vytvoriť stimulačné signály s viac prekrývajúcimi sa defektmi.

Dostupná veľká pamäť a vysoké rozlíšenie v generátore T3AWG3K nekladú žiadne praktické obmedzenia na zložitosť stimulačného signálu.

Navyše v prípade offsetu ponúka generátor T3AWG3K ďalšiu výhodu. Keďže úroveň offsetového napätia na výstupnom signále je pridávaná hardvérom, umožňuje nám to vždy naplno využiť vysoké vertikálne rozlíšenie nástroja (16 bitov), aj keď je výstupný signál silno nesymetrický.

Súvisiaci článok: https://www.blue-panther.sk/je-pro-digitalni-osciloskopy

 

Osciloskop Teledyne LeCroy radu WavePro HD

Osciloskopy radu Teledyne Lecroy WavePro HD s prevodom 12-bitov a technológiou HD4096 a šírkou pásma až 8 GHz.

Arbitrárny generátor Teledyne LeCroy T3AWG3252 a T3WAG3352

Vysokovýkonnový dvojkanálový arbitrální generátor T3AWG3252 a T3WAG3352 sú vysokovýkonnové arbitrárne generátory s vysokým rozlíšením. Inovatívny architektúra umožňuje generovať 8mi kanálové digitálne signály pri práci ako v pravom arbitrárnym modu či v priamej digitálnej syntéze. Sú vhodné pre súčasné i budúce technické výzvy. Ideálne riešenie pre automobilový priemysel, letectvo, obranu, výskumné centrá, univerzity, priemysel 4.0.

Osciloskopy

Stolové laboratórne osciloskopy až do šírky pásma 100 GHz a vzorkovanie až 250 GS/s z výroby Teledyne Lecroy, GW Instek a Teledyne Test Tools