【導(dǎo)讀】當(dāng)代汽車的創(chuàng)新70%來(lái)源于汽車電子系統(tǒng)的創(chuàng)新。伴隨著新能源汽車的崛起，電子產(chǎn)品的成本在汽車中比重日益加高。根據(jù)蓋世汽車網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，目前緊湊型車型、中高檔車型、混合動(dòng)力車型及純電動(dòng)車型汽車電子成本占比分別為15%、28%、47%、65%。預(yù)期到2030年，電子產(chǎn)品在汽車中的平均比例將達(dá)到50%。
當(dāng)代汽車的創(chuàng)新70%來(lái)源于汽車電子系統(tǒng)的創(chuàng)新。伴隨著新能源汽車的崛起，電子產(chǎn)品的成本在汽車中比重日益加高。根據(jù)蓋世汽車網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，目前緊湊型車型、中高檔車型、混合動(dòng)力車型及純電動(dòng)車型汽車電子成本占比分別為15%、28%、47%、65%。預(yù)期到2030年，電子產(chǎn)品在汽車中的平均比例將達(dá)到50%。
汽車中的電子化程度越高，對(duì)信息傳輸量的需求就越大，汽車網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)就越明顯。車載的各種電子設(shè)備在賦予汽車更多功能的同時(shí)，也導(dǎo)致了汽車電子系統(tǒng)的復(fù)雜化。在各電子單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和功能協(xié)調(diào)已經(jīng)變得舉足輕重。現(xiàn)有的做法就是利用汽車總線將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表聯(lián)接起來(lái)構(gòu)成汽車內(nèi)部局域網(wǎng)，在各單元獨(dú)立運(yùn)行的同時(shí)，進(jìn)行功能的統(tǒng)一調(diào)配，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交換。可以說(shuō)，汽車總線已經(jīng)成為車內(nèi)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
汽車總線發(fā)展迅速，類型繁多，但是CAN總線以其穩(wěn)定的表現(xiàn)一直居于主流，也成為了汽車電子設(shè)計(jì)的首選。
汽車中的神經(jīng)網(wǎng)
CAN 是 Controller Area Network 的縮寫，即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，通常稱為CAN BUS，即 CAN 總線。可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是目前國(guó)際上應(yīng)用最為廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
做為一種多主控（Multi-Master）的總線系統(tǒng)，不同于USB或以太網(wǎng)等傳統(tǒng)總線系統(tǒng)是在總線控制器的協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)A節(jié)點(diǎn)到B節(jié)點(diǎn)大量數(shù)據(jù)的傳輸，CAN總線網(wǎng)絡(luò)的消息是廣播式發(fā)出的，亦即在同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)偵測(cè)的數(shù)據(jù)是一致的，因此比較適合傳輸諸如控制、溫度、轉(zhuǎn)速等短消息。這就使得其非常適合汽車電子的應(yīng)用。
CAN總線在車內(nèi)所連接的節(jié)點(diǎn)，主要是ECU（車內(nèi)電控單元Electrical Control Unit）。由于ECU數(shù)量眾多（目前可多達(dá)70個(gè)左右），除了引擎控制單元外，還存在傳動(dòng)控制、安全氣囊、ABS、巡航控制、EPS、音響系統(tǒng)、門窗控制和電池管理等模塊，雖然某些模塊是單一的子系統(tǒng)，但是模塊之間的互連依然非常重要。因此，CAN總線要滿足這些子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅缬械淖酉到y(tǒng)需要控制執(zhí)行器和接收傳感器反饋等。
CAN總線總是能很好地完成任務(wù)。相比傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中模塊單元直接連接，CAN總線通過(guò)在汽車內(nèi)子模塊之間架起穩(wěn)定的互連架構(gòu)，使得軟件可以更輕易地實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)和便利等新特性。CAN總線還實(shí)現(xiàn)了汽車內(nèi)互連系統(tǒng)由傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連向總線式系統(tǒng)的進(jìn)化，大大降低汽車內(nèi)電子系統(tǒng)布線的復(fù)雜度。
自動(dòng)駕駛的出現(xiàn)更是助推了CAN的發(fā)展。通過(guò)使用激光雷達(dá)（LIDAR）之類的傳感器，無(wú)人汽車具備了超凡的“感知”世界的能力，車內(nèi)的主控制器可以做出引導(dǎo)、加速、剎車等決定。不過(guò)，這些傳感器的信號(hào)都是CAN總線傳遞的。
除此之外，很多人習(xí)慣使用的緊急剎車輔助系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測(cè)以及自動(dòng)停車的系統(tǒng)等高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，正在大批量裝備新車。這些系統(tǒng)中大量采用的雷達(dá)、超聲波等感應(yīng)元器件，需要高速、可靠和穩(wěn)定的車載網(wǎng)絡(luò)接入到系統(tǒng)中，而這正是CAN總線的優(yōu)勢(shì)。
提升CAN總線開發(fā)的效率關(guān)鍵
要發(fā)揮CAN總線的優(yōu)勢(shì)，就要開發(fā)出一個(gè)穩(wěn)定高效的CAN總線系統(tǒng)。這里存在諸多挑戰(zhàn)，很重要的一個(gè)就是如何進(jìn)行高效測(cè)試。
在CAN總線的開發(fā)測(cè)試階段，需要對(duì)其單節(jié)點(diǎn)性能，多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)通訊，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等進(jìn)行開發(fā)測(cè)試。具體來(lái)說(shuō)，就是對(duì)總線長(zhǎng)度，節(jié)點(diǎn)數(shù)量、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、元器件參數(shù)、信號(hào)/電源完整性、電磁兼容等逐一進(jìn)行精確測(cè)試。
軟件仿真是一個(gè)高效而低成本的選擇。通過(guò)對(duì)CAN系統(tǒng)進(jìn)行建模和模擬分析，就可以提前發(fā)現(xiàn)總線信號(hào)是否能夠穩(wěn)定而有效的傳輸，這樣可以減少用硬件實(shí)體原型機(jī)反復(fù)驗(yàn)證/測(cè)試的次數(shù)，從而節(jié)省昂貴的硬件實(shí)體的成本和測(cè)試時(shí)間的成本。因?yàn)樾薷脑O(shè)計(jì)意味著時(shí)間上的延遲，這種延遲在產(chǎn)品快速面市的壓力下是不能接受的。所以，現(xiàn)在問(wèn)題的關(guān)鍵就變成了如何去選擇一款合適的仿真工具對(duì)電路進(jìn)行準(zhǔn)確和高效的評(píng)估。
從更高的層面來(lái)說(shuō)，CAN總線系統(tǒng)屬于數(shù)模混合信號(hào)電路。對(duì)數(shù)模混合信號(hào)電路如何仿真，也一直是業(yè)界最為關(guān)心的話題。
當(dāng)代的數(shù)模混合信號(hào)電路，數(shù)據(jù)速度傳輸效率越來(lái)越高，供電電壓越來(lái)越低，電路板密度越來(lái)高，這些變化會(huì)導(dǎo)致以往的工具不能夠完全解決各種信號(hào)問(wèn)題或者甚至是得出錯(cuò)誤結(jié)論。
此外，數(shù)模混合電路的仿真，還存在模型的問(wèn)題，許多仿真工具所提供的仿真模型并不全面，或者是模型并不接近實(shí)際狀況，因此要進(jìn)行完整的電路仿真就非常困難。
不過(guò)，這些困擾在Xpedition AMS工具面前都能化解。做為從PCB概念設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造的全流程解決方案都能覆蓋的Xpedition平臺(tái)中的一員，Xpedition AMS在數(shù)模混合信號(hào)仿真方面稱得上是游刃有余。
強(qiáng)大的仿真工具
Xpedition是一個(gè)企業(yè)級(jí)解決方案，具有完整的設(shè)計(jì)流程，包括元器件庫(kù)設(shè)計(jì)與管理、原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理、SI/PI仿真、EMC/EMI分析、熱分析及數(shù)模混合仿真等。
與同類產(chǎn)品相比，強(qiáng)大的流程管理和數(shù)據(jù)管理、并行設(shè)計(jì)，協(xié)同設(shè)計(jì)，集成式驗(yàn)證等優(yōu)勢(shì)是Xpedition獨(dú)有的標(biāo)簽。Xpedition流程可消除設(shè)計(jì)流程中的冗余工作，進(jìn)而最大限度地提高團(tuán)隊(duì)效率，同時(shí)還可借助數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化產(chǎn)品性能和可靠性。其數(shù)據(jù)管理解決方案實(shí)現(xiàn)了單一環(huán)境內(nèi)的高效設(shè)計(jì)協(xié)作和項(xiàng)目管理，能夠縮短設(shè)計(jì)周期并減少成本。
做為Xpedition平臺(tái)下用于模擬/混合信號(hào)設(shè)計(jì)的集成仿真環(huán)境，Xpedition AMS支持高級(jí)SPICE和基于HDL的建模技術(shù)。該環(huán)境將電子電路仿真擴(kuò)展到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)域和頻域分析之外，從而在Xpedition PCB設(shè)計(jì)流程中提供了高級(jí)性能仿真（掃描，統(tǒng)計(jì)，應(yīng)力，最壞情況）和虛擬系統(tǒng)內(nèi)驗(yàn)證。
Xpedition AMS能使用PCB布局的系統(tǒng)原理圖驅(qū)動(dòng)電路仿真，與其他仿真環(huán)境不一樣，它不需要單獨(dú)的仿真原理圖，仿真后的原理圖可以直接用于PCB布局布線，PCB布局布線的寄生參數(shù)可以自動(dòng)提取，這樣可以減少文件導(dǎo)入導(dǎo)出所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)并加快設(shè)計(jì)。
目前，大部分模擬/混合信號(hào)電路仿真器在建模時(shí)最大的問(wèn)題是將PCB上各器件的連接視為理想連接，將電路互連視為0歐姆電阻。但在實(shí)際的PCB中，這些互連是走線、連接器，始終帶有可能影響電路性能的相關(guān)寄生參數(shù)。這些寄生參數(shù)會(huì)影響模擬濾波器的特性，或者使數(shù)字信號(hào)耦合的噪聲干擾敏感模擬信號(hào)的行為。在仿真中需要正確考慮電路板走線的特性及其行為對(duì)建模的影響。同時(shí)，PCB上的過(guò)孔、焊盤、綠油等也會(huì)影響到信號(hào)的傳輸，亦需要考慮。針對(duì)于此，Xpedition AMS提供了獨(dú)特，功能強(qiáng)大且用途廣泛的解決方案，可用于評(píng)估模擬和混合信號(hào)設(shè)計(jì)中互連寄生參數(shù)的影響，可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求調(diào)用混合/全波電磁場(chǎng)求解器，在精度和速度上做折中權(quán)衡。
除標(biāo)準(zhǔn)SPICE建模外，Xpedition AMS還支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)VHDL-AMS建模語(yǔ)言，從而在建模和分析組件及設(shè)計(jì)行為方面增加了靈活性。 VHDL- AMS支持模擬和事件驅(qū)動(dòng)的行為，以對(duì)模擬、數(shù)字和混合信號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模和分析。該語(yǔ)言已超越了電氣領(lǐng)域，進(jìn)入了其他設(shè)計(jì)技術(shù)，因此用戶可以對(duì)電路的目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后使用虛擬原型進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)驗(yàn)證。
Xpedition AMS的眾多優(yōu)勢(shì)，使其非常適合CAN總線電路的仿真。因?yàn)樵谄嚨沫h(huán)境中，CAN總線的節(jié)點(diǎn)很多，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很復(fù)雜，并且應(yīng)用環(huán)境很復(fù)雜，高溫、振動(dòng)都會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸造成影響。這就需要一個(gè)全面、精準(zhǔn)的仿真方案。
憑借在汽車行業(yè)多年的積累，Xpedition AMS可以對(duì)CAN總線長(zhǎng)度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，元器件參數(shù)，還能考慮PCB布局布線對(duì)電路造成的影響對(duì)電路進(jìn)行分析，以全方位的仿真方案解決汽車類客戶沒(méi)有現(xiàn)成CAN仿真方案的困擾。
CAN總線的開發(fā)已經(jīng)成為了汽車電子開發(fā)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)之一，而在其設(shè)計(jì)初期、識(shí)別、預(yù)防和改正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，防止電路出錯(cuò)，這種操作模式比以往任何時(shí)候都至關(guān)重要。仿真就是目前最好的方法之一，而Xpedition AMS可以讓CAN總線的仿真分析事半功倍。
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