为什么汽车电子行业的工程师偏爱这款示波器？ - 全文

张涵予说，你选择的车，让别人看到你的样子，你的经历，甚至你的未来。对于汽车电子行业的工程师来说，选择一款称手的示波器也是如此。今天来聊如何用示波器尽可能地“侵入”汽车内部？

如今，汽车已经成为人类生活中最主要的交通工具。看着大街上拥堵的汽车，各大厂商各显其招。将当下最热门的物联网应用于汽车上，也就是“车联网”。例如国内互联网巨头阿里巴巴联手上汽，将其万物互联的概念覆盖到汽车领域。

就目前来说，大多厂商的“车联网”仅是基于传统的OBD接口作为获取车载状态的接入点。并不能获取汽车的所有通信数据。那么汽车电子行业真正的测试需求是什么，或者说我们通过什么去真正的“侵入”汽车内部？

一、从车用总线说起

在汽车的通信过程中，大家最熟悉的应该是CAN总线。除了CAN总线外，还有以下几种。接下来，我们一一来看。

1. CAN（Controller AreaNetwork）：CAN 控制器局域网络，已经成为一种国际标准，其芯片类型达到上百种。具有高可靠性和良好的错误检测能力，所以在汽车和嵌入式领域应用广泛。

CAN的协议结构中物理层、数据链路层已经由硬件实现，目前都已经标准化，有现成的部件（CAN控制器和收发器）选择。因此在单片机上加上CAN控制器、收发器，软件实现相应的驱动程序就基本实现了CAN的通讯功能。

2.LIN（Local Interconnect Network ）总线：其易于实施、成本低、可应用在对实时性要求不高的场合。例如车灯、车门、座椅和雨刷之类的控制是其应用领域，它作为CAN网络的有效补偿，最大的优势在于成本低。首先主要是因为它采取UART的数据格式，所以无需独立的控制器，在UART上以软件实现即可。LIN总线在汽车上的使用如图1所示。

图1 LIN总线在汽车上的使用

3. FlexRay：是一种较新型的通信通信协议，传播速度比CAN和LIN更快，可靠性也更高，但其成本也更贵。FlexRay的缺点：其电气特性导致网络长度会受到限制。FlexRay的实际产品只有应用在宝马、奥迪、奔驰上。2009底，FlexRay的联盟解散。协议应用的广泛性远不如前两者。

4. CAN FD（CAN with Flexible Data rate）： 在汽车领域，随着人们对数据传输带宽要求的增加，传统的CAN总线由于带宽的限制难以满足这种增加的需求。此外为了缩小CAN网络（max. 1MBit/s）与FlexRay（max.10MBit/s）网络的带宽差距，BOSCH公司推出了CAN FD 。

CAN FD继承了CAN总线的主要特性，同时CAN FD总线弥补了CAN总线带宽和数据场长度的制约，CAN FD总线与CAN总线的区别主要在可变速率和新的数据场长度两方面。其数据帧帧格式如图2所示。。

图2 CAN FD数据帧帧格式

5.SENT（Single Edge Nibble Transmission）：一种点对点的、单向传输的方案，被用来在汽车中的传感器和电子控制单元（ECU）之间传输高清传感器数据。

SENT（SAE J2716） 为汽车传感器新型接口标准，较模拟输出和PWM 输出相比，具有很好的EMC特性，节省线束，节省插针结头的低成本方案，并且能传输故障代码从而使传感器系统具有很强的故障诊断能力。SENT 将在局部系统中广泛取代CAN和LIN。

对于以上通信协议，我们常用的测试工具为示波器，那么要做到准确测试，需要一款怎样的示波器？

二、汽车电子行业对示波器参数和功能的要求

1） 协议解码：兼容所有主流车载通信协议，CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD；

2） 大存储深度：不是简单的对一帧波形解码，而是可以完整的监控整个通信的过程；

3） 参数测量：需支持波特率、总线负载率等多种参数的测量。

三、为什么要选了ZDS4054Plus？

1） 免费标配30余种协议解码：包括汽车电子行业常用的CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD。与业界其他示波器需要付费选配，且普遍只支持一帧波形解码相比， ZDS4054Plus可支持基于512M存储深度的70s CAN波形解码，其大存储可以保证监控整个通信过程，如图3、图4所示。

图3 免费标配30余种协议解码

图4 70s CAN波形解码

2） 支持双ZOOM模式：双ZOOM这个功能，只要用了一次，绝对不会忘记。可以为两个窗口分别设置不同缩放系数，所以可以同时显示两个不同时间轴范围的缩放波形。配合触屏和大旋钮的便捷操作，可以轻松对各个窗口的波形进行控制。同时基于双ZOOM定位到问题帧，去观察问题帧的上升下降沿。如图5所示。

图5 双ZOOM模式

3） 拥有全存储深度、全协议解码的事件表：可以将512M存储深度下的波形全部进行解码，并且在事件表中显示。事件表可以观察到具体某帧波形的时间、帧类型、IDField、数据等信息，大大方便了我们对于波形的分析。如图6所示为LIN协议的解码。

图6 LIN协议的解码

4） 支持CAN总线波特率、负载率测量：ZDS4054 plus支持51种参数测量，24种同屏显示，如图7所示。唯一直接支持CAN总线波特率、负载率直接测量，所有测量都是经过FPGA全硬件加速，即使512M波形数据测量不到1s即可。如图8所示为CAN总线波特率、平均与瞬时负载率测量。

图7 24种参数同屏显示

图8 CAN总线波特率、负载率测量

5） 支持频率/上升沿斜率测量：测量波形上升下降沿斜率，正负脉宽等，如图9所示。

图9 波形上升斜率的测量

除以上功能外，你可能还需要以下功能：

 FIR硬件实时滤波：每个通道内置50Hz到200MHz范围的滤波器，适用于过滤掉无用信号、观察特定带宽的场合；

 4M的FFT功能：采样率为4GSa/s，在1G采样率下频率分辨率可精确到250Hz，准确分析电路中的干扰噪声来源；

 波形综合分析软件：通过以太网将512M的波形大数据导出到上位机进行进一步的离线分析。

图10数据挖掘型示波器