DesignCon芯片和电路板盛会强调合规性和 AI 辅助测试

作者：Patrick Mannion，特约编辑

合规性设计和更智能的测试数据应用是圣克拉拉年度 DesignCon 芯片和电路板盛会的重要主题。在通常的芯片和电路板设计和测试讨论中，这些主题在自动驾驶汽车和无处不在的物联网的背景下得到了明显的体现。

“我们设计汽车系统的方式即将发生根本性变化，”克莱姆森大学电气和计算机工程名誉教授 Todd Hubing 在他的主题演讲“我们如何让自动驾驶汽车足够安全？”中说道。虽然他说在车辆中安装更多电子设备的好处是“我们会知道是电子设备出现故障，而不是驾驶员”，但问题是，考虑到驾驶小时数，“所需的可靠性超过大多数航空航天设计。”

作为多家汽车和汽车系统制造商的顾问，胡兵利用公开数据，估计每年与驾驶员相关的死亡人数约为 125 万。虽然符合 ISO 26262 可确保设计满足该标准对每运行小时 10 -10人死亡的要求，但仅在美国就有超过 500 亿车辆运行小时，因此设计信心迅速下降。

以一辆流行的车辆为例，如果该车辆按照 NASA 卫星标准进行了 1000 万小时的关键任务故障间隔测试，那么美国每年将有 300 多人死于该车辆。

由于车辆需要测试到高于军事和航空航天设计的水平，Tubing 描述了为什么当前的测试和合规模型无法继续工作。他的号召性用语始于关于现在能够在没有驾驶员输入的情况下启动油门的车辆系统数量的唤醒呼叫（图 1）。

图 1：能够启动车辆油门的系统数量是对重新思考如何测试和验证电子系统的警钟。

无数系统包括明显的系统，如巡航控制、自动泊车和变速箱控制，以及不太明显的系统，如主动偏航控制、机舱环境控制和通信系统。Hubing 为无需人工干预即可控制转向和制动的系统提供了类似的图表。

问题在于这些系统中的许多故障点。这些包括意外的电气连接，例如冷凝水、雨水或洗车水、锡须、机械变形或破损、电弧、焊球和组件故障。

然后是软件错误，胡兵说。“一架商用飞机大约有 1000 万行代码，而一辆典型的豪华车大约有 1 亿行代码。” 此代码会出现错误，例如编程错误、系统之间的不兼容、不可预见的情况（输入）和不兼容的硬件更改。

最后，还有 EMC 问题，这可能源于电场干扰、电源干扰、串扰、电子放电和辐射电磁场。

从所有这些潜在的故障来源中，胡兵将三个最薄弱的环节描述为对安全至关重要的依赖：

无法验证精度的模拟传感器输入

性能无法建模或验证的未定义软件

单个硬件组件（尤其是微控制器）

虽然 Hubing 指出了众所周知的 V 模型（参见“汽车安全需要无限的软件开发生命周期”）在正确的需求和验证序列中应用时的有用性，“问题在于它不是那样工作的：一切都是并行发生。” 设计师正在构建原型，然后进行测试，然后再次修改和测试。“所以你最终会设计组件来通过测试”，而不是设计组件来满足要求。

Hubing 的“恐怖故事”讲述了为了让系统通过测试而在飞行中进行修改的例子，强调了这种过程的危险性。这些对硬件或软件的操作可能会使系统通过测试，但没有人完全理解这种操作的含义。这不仅破坏了该特定设计的完整性，而且因为它“有效”，这种操作会在没有解决根本问题的情况下传递到下一代车辆。

为了解决根本问题，胡兵描述了需要以不同方式做的三件事：

合规性设计。

识别并记录所有组件和系统故障并将其永久存储，包括导致事故发生的几分钟内发生的详细信息。

不允许任何单个检测到的组件故障或任何数量的不可检测的组件故障危及安全。

虽然预测组件故障的难度是显而易见的，但 Hubing 强调了设计合规性而不是设计“通过测试”的重要性。为此，胡兵建议业界实施一项单一测试，让设计师“一枪”通过。他说，通过这种方式，设计师将在进行测试之前确保它是正确的，“因此它不可能失败”，考虑到必须从头开始而不是在最后一刻即兴发挥的后果。

加速 EMI/EMC 合规性测试虽然 Hubing 在合规性设计方面可能是正确的，但很少有工具可以准确地模拟“现实世界”系统的 EMI/EMC 性能，以至于合规性测试成为一种形式而不是障碍. 随着物联网的出现，EMI/EMC 合规性越来越成问题，因为越来越多的设备结合了无线通信并同时成为干扰者和受到干扰。

泰克高级技术营销经理 Chris Loberg 说，要测试一个系统，通常必须将其送到带有消声室的测试室，这可能每天花费高达 2,000 美元，并且需要四到五天的时间。“那么如果失败了，他们就必须从头再来，”他说。

物联网和无线连接要求正在加剧 EMI/EMC 合规性问题，但这是一个持续存在的问题。Wyatt Technical Services, LLC 的独立 EMC 顾问 Ken Wyatt 表示，简单的 DC/DC 转换器是任何电源的一部分，其开关频率为 1 至 3 MHz，并产生千兆赫兹的基带噪声。Loberg 援引 Intertek 的数据称，多达 50% 的产品在第一次复飞时未达到 EMC 合规性。尽管如此，预合规测试仍然很耗时，需要昂贵的设备，并且缺乏报告工具，“所以很多公司都跳过了它，”怀亚特说。

为了解决成本和时间因素，泰克使用 DesignCon 推出 EMCVu，这是一种一体化 EMI/EMC 预一致性测试和故障排除解决方案。EMCVu 的核心是泰克 USB 供电的 RSA306B 频谱分析仪和 SignalVu-PC 软件，带有 EMCVu 选项，用于控制测试硬件并进行报告（图 2）。周围是各种附件，例如放大器、近场探头、辐射测试天线、三脚架和电缆。每个相关附件的损失和收益已经在软件中捕获并在测量过程中进行了说明。

图 2：泰克 EMCVu 是一种经济高效的 EMI/EMC 预一致性测试解决方案，让设计人员在进行正式一致性测试之前进行测试和调试。

完整的套件成本为 26,655 美元（建议零售价），Loberg 说这与一次前往 EMC 测试机构的费用相同，但它大大降低了必须进行第二次或第三次旅行的几率。但是，一些配件可能已经在手，因此基本套件的起价低于 6,400 美元。

新的人工智能方法使测试数据更有价值在测试和测量方面失去的机会之一是更好地利用数据，但这种情况正在改变。测试公司现在不是收集数据并将其放入冷库以供日后参考，而是寻找方法将数据转换为更多使用本地或基于云的分析的实时工具。

这种分析能力是 PathWave 的一大亮点，PathWave 是是德科技在 DesignCon 上推出的全新设计和测试软件平台（图 3）。PathWave 代表了业界关于如何进行测试的最新思维，它将设计和开发路径的每一步从设计和仿真到原型和测试，一直到制造，Brigham Asay 说，战略营销总监是德科技。

图 3：是德科技推出了 PathWave，这是一个开放、可扩展和可预测的“大数据”测试工作流程和数据分析平台。

关键属性是它是开放的、可扩展的和可预测的。后者来自其使用分析工具来识别趋势，监控每个测试资源的使用和健康状况，并捕获和分析“大数据”以实现更有效的工作流程。这种分析可以从本地扩展到基于云，具体取决于工作流程和测试要求。

Asay 强调了工作流程，他指出用户能够使用开放应用程序编程接口 (API) 重新配置接口以实现快速定制。

泰克还展示了使用其 DPO70000 实时示波器的预测方案。它的版本使用机器学习对“神经元”进行编程，从而可以替代传统的 S 参数和 IBIS-AMI 模型，从而提高速度和准确性。

审核编辑 黄昊宇