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虹科：關(guān)于DeepMeasure 繪制CAN信號延時

蓋世汽車忻文 2022-01-21 09:56

最近對CAN 信號時域延遲以及延時測量的討論非常多，因此我想到了在CAN bus網(wǎng)絡(luò)的不同位置來觀察CAN總線信號延時。是不是在雙絞線的任何位置，CAN信號結(jié)構(gòu)都一樣呢？信號都是同步的嗎？

實(shí)際上，信號在CAN總線上傳輸時，不可避免會有時域延遲，這和雙絞線的長度有關(guān)。當(dāng)然也跟CAN信號的傳輸速率相關(guān)，不過傳輸速率接近光速，已經(jīng)盡可能地減少延遲了。

試想一下，CAN信號從變速桿這個位置通過bus網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酵痪W(wǎng)絡(luò)下的其他控制模塊。由于這些控制模塊的位置各不相同，中間要經(jīng)過接線盒、連接器、插頭以及彎曲的電線等等，這是一段相當(dāng)長的傳輸距離。這些都會對CAN信號的阻抗產(chǎn)生影響，而且CAN信號小電流傳輸時對細(xì)微的阻抗變化比較敏感，盡管CAN總線抗干擾能力很好。

CAN總線信號傳輸出現(xiàn)一些延時是正常的，只要這個延時在一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之間即可。大多數(shù)情況下，都不會導(dǎo)致其他故障問題。但是，在CAN bus網(wǎng)絡(luò)不同位置測量信號延時并進(jìn)行分析是非常有幫助的！接下來我們就結(jié)合虹科Pico示波器、PicoScope軟件的DeepMeasure深度測量功能以及EXCEL繪制CAN總線信號延時圖形。

如圖1所示，A和B通道是在變速桿測得的CAN高和CAN低信號，C和D通道是在FEM（車身前端模塊）測得的CAN高和CAN低。為了減少噪音干擾，我們使用的是TA375高阻抗探頭（10倍衰減），這有助于精確測量CAN總線信號延時。更多內(nèi)容請瀏覽以下帖子：高阻抗探頭TA375測CAN和FlexRay。

我還添加了數(shù)學(xué)通道A-B（紫色）和數(shù)學(xué)通道C-D（青色），這是變速桿和FEM處的差分信號波形。

圖1.兩個位置的CAN信號

將所有通道的零刻度線移動到同一位置，放大其中一個周期的一個字節(jié)波形，如圖2所示。

圖2

繼續(xù)放大波形的上升沿位置，然后拖動時間標(biāo)尺測得大約延時70納秒，如圖3所示。

圖3

請記住，這輛車的CAN bus網(wǎng)絡(luò)是正常的，圖3中的信號延時在正常可接受范圍內(nèi)。但是，我們只測量了某個周期內(nèi)一個CAN字節(jié)的上升沿波形。使用DeepMeasure功能，可以測出所有周期信號的開始時間和結(jié)束時間。更多關(guān)于DeepMeasure功能的介紹請瀏覽以下論壇帖子：【新功能】DeepMeasure深度測量

圖4.DeepMeasure設(shè)置

如圖4所示，我們對數(shù)學(xué)通道A-B使用DeepMeasure功能，僅在緩沖區(qū)18上測量，循環(huán)閾值設(shè)為1V，循環(huán)滯后量設(shè)為40mV。數(shù)學(xué)通道C-D也是一樣的參數(shù)設(shè)置。以下有3點(diǎn)需要注意：

l 初始捕獲波形時需要使用觸發(fā)，因?yàn)楦鱾€通道是參考觸發(fā)點(diǎn)定位的。我們在圖1中A通道的上升沿設(shè)置了觸發(fā)，閾值設(shè)為3V。

l DeepMeaure測量的是各個周期的開始時間和結(jié)束時間，而不是字節(jié)的，一個循環(huán)周期包含了顯性字節(jié)和隱形字節(jié)。從前一個顯性字節(jié)上升沿達(dá)到1V閾值開始（3.1ns），到下一個顯性字節(jié)上升沿達(dá)到1V（10.0μs），這一段算作一個循環(huán)周期，如圖5所示。

圖5.循環(huán)周期

l 變速桿處（Shift Lever）和FEM處使用DeepMeasure測得的循環(huán)編號數(shù)量不一樣。理論上應(yīng)該是相同的循環(huán)周期數(shù)，但變速桿處有195個循環(huán)，F(xiàn)EM處有197個。如圖6所示，這會是一個錯誤嗎？

圖6.循環(huán)編號數(shù)量不同

使用軟件的放大功能觀察兩個差分通道波形，我們可以看到一直到循環(huán)周期140-143兩個波形都是同步的。但是在循環(huán)144，出現(xiàn)了延時導(dǎo)致波形不同步，如圖7所示。

圖7.信號延時

將循環(huán)144放大如圖8，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)通道C-D上有一個負(fù)的過沖差分信號，產(chǎn)生了額外的尖峰，數(shù)學(xué)通道A-B上沒有這種情況出現(xiàn)。再次重申，這輛車的CAN網(wǎng)絡(luò)是正常的，這里并不是一個故障，但確實(shí)體現(xiàn)了不同模塊位置CAN信號的不同。如果遇到CAN bus網(wǎng)絡(luò)有故障的汽車，我們可以用上述方法進(jìn)行診斷分析。

圖8.第144個循環(huán)出現(xiàn)尖峰干擾信號

這也提示我們需要將數(shù)學(xué)通道C-D的DeepMeasure參數(shù)設(shè)置進(jìn)行修改，我們將閾值提高到1.3V，同時對D通道信號采用了6MHz的低通過濾?，F(xiàn)在144之后的循環(huán)就同步了，如圖9所示。

圖9.修改循環(huán)閾值

現(xiàn)在確定兩個DeepMeasure表格的循環(huán)編號數(shù)量是一樣的，我們就可以將兩個表格的數(shù)據(jù)都導(dǎo)出到EXCEL表格中，如圖10所示。然后我們可以根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)中的開始時間繪制折線圖，比較兩個不同位置的信號。

圖10.導(dǎo)出數(shù)據(jù)

以下視頻介紹了軟件設(shè)置、導(dǎo)出到EXCEL和繪圖的過程，歡迎下載觀看：

圖11中我將兩個DeepMeasure表格測得的開始時間繪制成了折線圖，可以看到兩條折線圖幾乎是重合的，循環(huán)周期數(shù)是一樣的。

圖11.循環(huán)周期數(shù)相同

為了進(jìn)行對比，我將之前兩個表格循環(huán)周期數(shù)不同的數(shù)據(jù)也導(dǎo)出到EXCEL中。這個時候由于通道C-D上有尖峰干擾，閾值設(shè)置較低導(dǎo)致信號不同步，如圖8所示。同樣地，將兩個表格數(shù)據(jù)中的開始時間繪制成折線圖，如圖12所示，可以看到出現(xiàn)兩條折線出現(xiàn)分離不同步，不過不是很明顯。

圖12.循環(huán)周期數(shù)不同

為了更明顯看到不同步現(xiàn)象，我們調(diào)整Y軸的量程，如圖13所示?，F(xiàn)在可以清楚地看到，大概在第148個循環(huán)處，兩條折線明顯分離。

圖13.信號不同步

請注意，為了避免測試方法影響了信號觀察和分析，建議我們注意以下幾點(diǎn)：

1. 使用高阻抗TA499/TA375探頭；

2. 確保接地良好，不要將測試線延長；

3. 嘗試直接連接到ECU針腳上，盡可能不用引線，不要用刺針刺破線纜；

4. 避免電磁干擾，保持電池狀態(tài)正常。

通常情況下，如果做到上述幾點(diǎn)，是不需要采用低通濾波功能的，也不需要修改循環(huán)閾值。

DeepMeasure功能能夠在多達(dá)一百萬個波形周期內(nèi)自動測量重要波形參數(shù)，可以輕松地對結(jié)果進(jìn)行分類、分析并將其與波形顯示相關(guān)聯(lián)。相比使用縮放功能一個一個周期進(jìn)行測量方便準(zhǔn)確得多。

最后給大家分享一個馬自達(dá)汽車CAN 總線案例，出現(xiàn)了非常多的通訊網(wǎng)絡(luò)故障：以技會友。圖14中揭示了這個馬自達(dá)汽車同一CAN網(wǎng)絡(luò)不同位置出現(xiàn)了災(zāi)難性的不同步通訊故障。圖15根據(jù)DeepMeasure測得的數(shù)據(jù)，清晰地表明了兩條折線出現(xiàn)分離。