眼图 非差分线_CAN FD 眼图模板测试-Keysight 示波器应用

眼图模板测试广泛用于当今的串行总线应用。眼图通常源于示波器所有捕获位的无限持续叠加，用以显示这些位在何时有效。眼图可以综合显示系统物理层特征的总体质量，包括幅度变化、时序不确定因素和偶发信号异常。眼图测试特别适用于新的CAN FD 串行总线等高速总线。

Keysight InfiniiVision 3000T或 4000 X 系列示波器结合 DSOXT3AUTO 或 DSOX4AUTO 触发和解码选件(CAN、CAN FD 和LIN) 以及DSOX3MASK 或DSOX4MASK 模板测试选件，可以针对CAN FD 差分总线进行眼图测试。是德科技网站提供不同数据相位波特率和差分探测极性(显性位高或显性位低) 的CAN FD 模板文件，包括以下CAN FD 模板文件:CAN-FD (L-H) 500k-4M.msk

CAN-FD (L-H) 500k-5M.msk

CAN-FD (L-H) 500k-6M.msk

CAN-FD (L-H) 500k-8M.msk

CAN-FD (L-H) 500k-10M.msk

CAN-FD (H-L) 500k-4M.msk

CAN-FD (H-L) 500k-5M.msk

CAN-FD (H-L) 500k-6M.msk

CAN-FD (H-L) 500k-8M.msk

CAN-FD (H-L) 500k-10M.msk

如果需要探测差分 CAN FD 总线以查看显性位低电平，请选用文件名包含"L-H" 的模板文件。如果需要探测总线以查看显性位高电平，请选用文件名包含"H-L" 的模板文件。本文接下来的章节将介绍探测极性。

CAN FD 眼图模板测试仅支持 500 kbps 基础速率 (仲裁相位) 和 4 Mbps 至高达 10 Mbps FD 速率 (数据相位) 的 CAN FD 总线。因此，如果需要执行 10 Mbps CAN FD 数据速率的探测，请选用文件名包含"500k-10M" 的模板文件。

CAN FD 眼图模板测试不会测试所有位，仅覆盖所有CAN FD 帧FD 数据相位的前 10 位。换句话说，模板测试仅测试包含位速率切换 (BRS) 位的帧。10 位可以包括最差的再同步情景，例如出现两个连续填充位。模板测试将测试 10 位周期中最差情况下的时钟稳定性与抖动。尽管不会测试 FD 数据相位的所有位，重叠所有帧FD 数据相位的前 10 位可以显示系统所有模式的接收位波形特征。因此，如果系统某个FD 节点出现物理层问题，例如幅度降低、边沿速度减慢、噪声等等，仅测试FD 数据相位的前 10 位即可通过测量眼图显示上述特征。

"传统" CAN 2.0 信号也可以应用眼图模板测试。请参阅("CAN 2.0 眼图模板测试")，深入了解 CAN 2.0 信号 (非FD) 测试。是德科技：示波器用 CAN 2.0 眼图模板测试 - CAN Eye-Diagram Mask Testing

CAN FD 差分总线探测

CAN FD 眼图模板测试以捕获和叠加差分总线的隐性和显性位为基础，差分总线探测必须使用差分有源探头。是德科技推荐使用图 1 所示的 N2818A 200-MHz 差分有源探头。该探头配有 Keysight AutoProbe 接口，可以自动设置示波器输入阻抗(50-Ω) 和衰减比(10:1)，并为有源探头供电。

如果您需要连接系统的SubD-DB9 连接器，是德科技提供CAN/ FlexRay SubD-DB9 探头前端(部件号0960-2926)，如图1 插图所示。该款可选探头适配器支持您轻松连接CAN、CAN FD 和/或FlexRay 差分总线。

图1: N2818A 200-MHz 差分有源探头和SubD-DB9 探头前端。

差分有源探头可以测量差分CAN FD 总线"显性位高" 或"显性位低" 格式的信号。任意探测极性都可以用于CAN FD 眼图模板测试。如果需要查看显性位高电平信号，请连接差分探头"+" (红色引线) 输入端与CAN_H，并连接探头"-" (黑色引线) 输入端与CAN_L。图2 显示的是"显性位高" 格式的差分CAN FD 波形。

图2: 探测差分CAN FD 总线以显示显性位高电平。

如果需要查看显性位低格式信号，请连接差分探头 "+" 输入端(红色引线) 与CAN_L，并连接"-" 输入端(黑色引线) 与CAN_H。虽然上述差分探头和总线连接方法似乎与正常连接相反，并且并不直观，CAN FD 信号的计时图通常显示为显性位低格式。此类格式显示的总线空闲电平始终为高 (隐性)。并且，在 CAN FD 帧传输过程中，高电平信号 (隐性位) 始终解释为 "1"，低电平信号(显性位) 始终解释为"0"。图 3 是显性位低电平格式的差分CAN 波形。这是目前大多数工程师使用的探测方法。

图3: 探测差分CAN FD 总线以显示显性位低电平。

CAN FD 眼图模板测试步骤说明

执行CAN FD 眼图模板测试，首先要关闭示波器的所有通道，连接CAN FD 差分总线的输入通道除外。如果选择"默认设置"，则只有通道 1 启用。或者，您可以使用已设置的示波器并触发差分CAN FD 总线。执行CAN FD 眼图模板测试的步骤如下所示:将包含适合模板文件的 USB 存储设备插入示波器前面板的USB 端口。

按下前面板的[Save/Recall] (保存/调用) 键, 然后按下Recall(调用) 功能键。

按下Recall: XXXX 功能键, 然后选择调用文件类型为Mask (*.msk) (模板)。

按下Location (位置) (或Press to go 或load from) 功能键, 然后根据FD 波特率和探测极性(L-H = 显性位低电平, H-L = 显性位高电平) 选择合适的模板文件。

按下Press to Recall 功能键, 以开始CAN FD 眼图模板测试。

调用模板文件后，示波器将自动完成设置 (时基、垂直幅度和触发设置)，以便在示波器显示屏中心五格标度上显示重叠的CAN FD 位。在这个连续测试中，时基设置和计时光标不可用。如欲退出 CAN FD 眼图模板测试，请关闭模板测试，或按下示波器Analyze-Mask (模板分析) 菜单中的Clear Mask (清空模板) 键。退出测试后，示波器的大部分设置将还原至测试开始之前的状态。然而，触发并未恢复至测试开始前的状态，将保持使用示波器脉宽触发模式触发位速率切换(BRS) 位尾沿的设置， 即FD 数据速率相位的开始位置。

图 4: 10 Mbps 数据相位CAN FD 眼图模板测试, 总线探测用于显示显性位低电平。

眼图解析

图 4 显示的是 500 kbps 仲裁相位波特率和 10 Mbps FD 数据相位波特率差分探测 CAN FD 眼图模板测试，以观测显性位低电平格式(L-H) 的波形。测试结果可以显示接收机采样前显性位和隐性位是否已经稳定至有效/指定电平，通常出现在 FD 数据相位60% 采样点附近。换句话说，通过同步示波器采集和显示计时与CAN FD 接收机计时，CAN FD 眼图可以显示CAN FD 接收机的接收结果。因此，一次测量可以提供CAN FD 物理层网络总体信号完整性的深入分析，显示最坏情况下的时序和垂直幅度变化。

眼图垂直轴显示的是峰峰值幅度。差分CAN FD 总线的信号幅度变化主要源于以下因素:系统噪声/干扰/耦合

具有独特和不同输出特征的发射机(系统中的节点)

网络长度和反射导致的幅度衰减

顺序查看位和帧 (非眼图显示) 也可以看到峰峰值幅度的变化， 如图3 所示，但是眼图可以通过单一重叠图像显示幅度变化以及脉冲形状的细节，帮助分析最终的问题。

眼图水平轴显示的计时不确定度主要源于以下因素:最坏情况下的时钟抖动

最坏情况下的系统节点间时钟容限

位时间量化(通常为1 位时间的1/8 或1/25)

通过连续波形(非眼图显示) 往往很难发现最坏情况的计时错误。

合格/不合格模板

持续比较眼图重叠和无限余辉位与 6 点多边形合格/不合格模板(灰色区域)，模板通常为最常用的串行总线标准。模板限定了 信号不合格区域。示波器显示屏的不合格区域可以视为信号禁区。如果捕获波形通过示波器屏幕的信号禁区，该部分波形迹线将显示为红色，如图5 所示。此外，示波器将计算不合格位数量和被测位总数，并提供不合格率统计。

图5: CAN FD 系统的合格/不合格模板。系统数据相位为10 Mbps, 探测用于查看显性位低电平。

图 5 是CAN FD 系统的模板。系统数据相位速率为 10 Mbps，探测差分总线以显示显性位低电平信号。模板上下边界表示-0.5 V 至-0.9 V 最差情况的CAN FD 接收阈值电平。是德科技提供+0.5 V 至+0.9 V 上下限的模板，可以满足显性位高电平探测应用需求。模板左侧位于30% 位时间点，右侧位于80% 位时间点。

上述CAN FD 眼图模板测试中，我们发现系统的某个节点生成隐性位(高电平) 信号，进入靠近模板上限的禁止区域。注意，超出-0.5V 阈值电平的波形显示为红色。测试显示差分信号下降有可能被CAN FD 收发信机解读为显性位。我们还发现CAN FD 系统会在被测最差 10 位时间内生成约 20 ns 的峰峰计时抖动。最终，模板测试统计窗口显示， 75 秒测试时间内测试超过65 万位，不合格率约为0.3%。

使用任意常用ASCII 文本编辑器都可以编辑多边形模板的顶点(包括Windows NotePad)， 然后保存为.msk 扩展文件。如需定制CAN FD 模板文件，请联系是德科技。

总结

CAN FD 串行总线协议分析仪可以提供CAN 总线应用级数据传输信息，但是很少或无法显示可能导致系统误差的单独位的信号完整性数据。为此，工程师和技术人员经常使用具有CAN FD 触发和解码功能的示波器来测试差分CAN FD 网络的物理层特征。示波器可以支持CAN FD 眼图模板测试，能够通过单次综合测量测试物理层的总体质量。通过示波器屏幕获得正确的CAN FD 眼图测量不仅需要上升沿/下降沿触发，而且需要特殊的触发和显示时钟恢复算法，以便仿真CAN FD 接收机最坏情况下的再同步，然后捕获和重叠再同步(两个连续填充位) 之后最坏情况下的第10 个位时间。

Keysight InfiniiVision X 系列示波器不仅支持差分 CAN 和 CAN FD 总线信号触发、解码和眼图模板测试，而且能够分析车载应用中常见的串行总线标准，包括LIN、SENT、FlexRay、I2C、SPI、RS-232/UART 和USB。

系统要求

除了使用 Keysight N2818A 差分有源探头 (或同档产品) 探测差分总线，执行 CAN FD 眼图模板测试还需要 Keysight InfiniiVision 3000T 或 4000 X 系列示波器以及DSOXT3AUTO 或 DSOX4AUTO 串行触发和解码选件 (CAN、CAN FD 和 LIN) 以及DSOX3MASK 或 DSOX4MASK 模板测试选件。并且，购买包含所有示波器可用选件(CAN、CAN FD、LIN、SENT、FlexRay、I2C、SPI、模板等等) 的应用选件套件DSOXT3APPBNDL 和DSOX4APPBNDL 可以享受大幅优惠。

此外，除了上述系统要求，3000T 或 4000 X 系列示波器必须使用 4.05 或以上版本的固化软件，以支持 CAN FD 眼图模板测试。示波器 | Keysight​www.keysight.com示波器探头 | Keysight​www.keysight.comhttps://www.keysight.com/zh-CN/pcx-x205216/infiniivision-3000t-x-series-oscilloscopes?nid=-32541.0&cc=CN&lc=chi​www.keysight.comInfiniiVision 3000T X 系列示波器​www.keysight.comhttps://www.keysight.com/zh-CN/pcx-x205209/infiniivision-4000-x-series-oscilloscopes?nid=-32539.0&cc=CN&lc=chi​www.keysight.comInfiniiVision 4000 X 系列示波器​www.keysight.com

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