自從2009年經濟大蕭條以來，美國的汽車行業正從最糟糕的局面，穩步復甦。在過去3年中，美國的汽車製造市場成長(以及全球)力道一直很強勁，預計此後將以平緩的步伐提升。然而，若只看汽車電子系統，或更具體的說是車電系統的電子控制單元(ECU)，其市場成長力道的強勁程度則要高得多。
目前，電子元件幾乎涉及汽車中每個部分。電子系統在汽車行業中的使用量正以急遽步伐加速發展。當然，這些新技術也帶來新的挑戰。
汽車應用更趨多元 電子元件需求看漲
汽車電子系統設計工程師面臨的設計趨勢包括資料傳輸匯流排傳輸速率更快、車內/外無線應用與採用的標準更多，以及更高的開關功率，特別是在混合動力汽車或電動汽車中。這三項設計大趨勢也促使汽車業者得以在汽車中實現更多應用(圖1)，並進一步推升汽車內部電子元件的數量和密度。
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| 圖1 現階段汽車應用項目 |
從測試角度看，圖1中提到的汽車新應用與技術可以歸結為工程師須更加注意三大領域，第一為實現和測試更高速的串列匯流排，以因應汽車應用對即時回應、互動性更強的需求，以及要求更高傳輸速率以傳送更多的資料，第二個領域是汽車應用功能複雜度和交互操作能力要求不斷提高，包括全車中基於射頻(RF)的功能激增，因此工程師須測試類比資料、數位資料、串列資料和射頻資料間的交互操作能力。第三個領域則是汽車內部電磁干擾(EMI)挑戰不斷提高，為使整個系統協調運行，並滿足EMI要求，因此工程師勢必須測試車用元件或應用系統的EMI。
MDO滿足車用串列介面測試需求
上述三個領域都對相關測試知識及量測工具的需要不斷提高。舉例來說，如控制區域網路(CAN)、區域互聯網路(LIN)及FlexRay等串列匯流排，在汽車設計中擁有長期的歷史，且各有自己的一系列優勢和劣勢。如LIN的成本非常低，但最高傳輸速率僅19.2kbit/s；CAN可處理多台主設備，速度略快，最高可以達到1Mbit/s；FlexRay的傳輸速率可達10Mbit/s，但成本較高。工程師採用的測試解決方案須可支援串列匯流排解碼和協定分析。
日益流行的媒體導向系統傳輸(MOST)
標準，分為兩種方案：50Mbit/s(MOST50)或150Mbit/s(MOST150)，以及BroadR-Reach，其中，後者是博通(Broadcom)引入的乙太網路變通方案。MOST與任何匯流排一樣，須測試正確傳送訊號、功能、交互操作能力及一致性。對工程師測試汽車串列介面來說，混合訊號示波器(MDO)非常適合，因為該儀器支援對各種串列資料標準進行解碼、協定分析和一致性測試。
另外，過去的無線電現在已經成為娛樂和控制單元，而過去簡單的汽車方向盤現在已增加可幾乎控制汽車內部一切的能力，這些發展提高汽車中ECU和無線技術的數量，且ECU與無線技術必須很好地彼此協同運行。
交互操作能力已經成為汽車設計工程師的主要挑戰，射頻現在是不可分割的組成部分。工程師不僅須觀察時域中的類比和數位或串列資料訊號，還須觀察頻域中的射頻訊號，在建立通訊時追蹤無線發射機和接收機之間的換手，或確定藍牙無線IC是否在預計時間傳送訊號，是同時涵蓋時域和頻域的常見任務。工程師現在須同時觀察時域和頻域，且更重要的是，時域和頻域及時間相關資料對確定一個訊號如何影響另一個訊號，或是否有任何可能導致故障且工程師並未預見到的訊號行為非常關鍵。
汽車內部與外部許多電子元件都會導致EMI，工程師不可掉以輕心。隨著越來越多的ECU提供更多的無線功能，以及混合動力汽車和電動汽車轉向更高的開關功率，EMI測試變得越來越重要。測試潛在的EMI問題應該是調試過程不可分割的部分，但工程師不應等到最後的EMI認證才進行測試，這是因為解決認證過程中出現的問題要比在設計階段早期發現的問題難得多。
在觀察頻域時，工程師須保證所有訊號行為符合設計和預期。例如，是否有射頻訊號突波，影響板卡上的其他訊號？是否有訊號或突波可能導致EMI問題？如果是，如何追蹤射頻突波的根源？通過回溯追蹤射頻訊號根源，工程師可著手消除或減緩導致EMI問題的訊號行為。由於問題根源可能在頻域中，也可能在時域中，所以混合域示波器之類的測試工具可讓此一過程變得容易。混合訊號示波器融合示波器與頻譜分析儀的功能，可讓工程師同時在時域和頻域中進行分析。
電子元件在汽車行業中的使用量呈現爆炸性增長，並打造許多創新應用功能。汽車正走在科技前端，而不是落後於其他行業，幸運的是，測試量測儀器業者正保持發展步伐，支援新標準，提供突破性的工具，如MDO。
善用示波器與BERT 定量/定性串列測試沒煩惱
本文前段敘述MDO可滿足高速串介面時域與頻域的測試需求，以下將探討工程師該採用定量或定性的方式進行串列介面測試。當前串列通訊鏈路評估結果最終取決於誤碼率(BER)性能，亦即到達鏈路目的地的誤碼有多少個。BER測試儀(BERT)計算所有位元，告訴工持師鏈路的測試得分，比如10分中的9分或10分中的1分。遺憾的是，這種測試不能告訴工程師定性資訊，說明為什麼會得到這一分值，或者怎樣才能得到更好的分值。為了解為什麼測試失敗，工程師會轉向示波器，顯示眼圖進行測試失敗的原因分析。
眼圖為工程師觀察參數性能提供一種直觀的方式。在正確操作時，眼圖會顯示重疊的每個可能碼型組合，一個碼型會疊加在另一個碼型頂部，透過把所有組合放在一個地方，示波器提供一套豐富的工具，工程師可簡便查看什麼時候訊號上升時間太慢、什麼時候存在過衝、或什麼時候眼圖由於抖動而閉上，這是真正觀察訊號的定性方式。那麼，為什麼不使用眼圖做為測量鏈路性能的主要方式呢？
為構建眼圖，示波器測量電壓樣點，而不是實際位元。這些電壓快照在多個方面與實測的BER點不同。示波器一次抓取任何訊號的一小部分，這一小部分只以每秒幾十萬的速率獲取，而實際資料的傳輸速度達到每秒1億位元(對10Gbit/s鏈路)。若工程師實際進行的是稀疏採樣，這就使得示波器不可能在10億個位元中找到一個錯誤的誤碼。
示波器和BERT使用的資料獲取方法不同，前者擁有非常寬的頻寬，但為稀疏採樣；後者測量每個位元，但輸入頻響有限，且與其評估的網路設備要更加一致，這些差異導致每種儀器間出現明顯的差異。
當然，在真實世界中，折衷並不總是這樣黑白分明。示波器正變得越來越快，功能也變得越來越強，能夠評估高速鏈路的BER性能；同時，BERT在隔離鏈路中問題的確切來源上變得越來越好，在長碼型上提供非常精確的BER，因此現階段工程師可依所需採用示波器或BERT進行定性或定量測試，毋須再折衷。
(本文作者皆為太克科技技術行銷經理)