在無人機與eVTOL的高密度電氣架構中，電機驅動產生的高頻干擾是CAN通信穩定性的最大挑戰。僅僅關注協議層數據已無法排除飛行隱患。致遠儀器ZPS-CANFD總線分析儀，從底層電氣特性檢測到主動故障模擬，提供全維度的信號完整性測試方案，構筑飛行器通信安全的堅實防線。

隨著無人機、eVTOL等低空航空器的普及，航空工業正向高密度、電氣化方向發展。在這些復雜的機電系統中，CAN/CANFD總線承擔著連接飛控、動力、導航及任務載荷的關鍵數據傳輸任務。

圖1 eVTOL飛行器架構

低空飛行器內部空間緊湊，大功率電調與高頻電機緊密相鄰，電磁環境惡劣。一旦總線受到干擾導致誤碼率上升或節點離線，有引發飛行事故風險。

在研發與質控環節，僅關注協議層的報文數據已無法滿足安全要求。工程師需要從底層電氣特性入手，驗證總線系統的信號完整性與魯棒性。

低空飛行器總線面臨的技術挑戰

飛行控制系統與動力管理系統對通信的實時性與確定性有極高要求。在實際應用中，主要面臨以下技術挑戰：

• 強電磁干擾：多路無刷電機的高頻開關噪聲會耦合至CAN總線，導致波形畸變。
• 線纜阻抗匹配：復雜的機身走線可能導致特征阻抗不連續，產生反射與振鈴。
• 多節點同步：分布式架構下的電調與電池管理系統（BMS）需要微秒級同步，任何物理層延遲都可能影響控制精度。

針對上述挑戰，致遠儀器ZPS-CANFD總線分析儀提供從物理層信號捕獲到故障模擬的系統級測試方案。

圖1 致遠儀器ZPS-CANFD總線分析儀

物理層深度檢測：量化信號質量

常規CAN卡接收數字報文，掩蓋底層的信號隱患。ZPS-CANFD總線分析儀集成高速示波記錄功能，可對總線進行量化分析。

12位高精度的差分信號捕獲

ZPS-CANFD配備250MHz、12bit的高性能ADC，能真實還原CANH/CANL差分信號的物理波形。

工程師可直接觀測信號的過沖幅度、振鈴頻率及邊沿斜率，評估總線拓撲設計是否合理，以及終端電阻匹配情況。

圖3 CAN總線底層電氣信號

眼圖分析與一致性評估

眼圖是評估串行通信質量的標準工具。ZPS-CANFD支持CAN/CANFD眼圖功能，通過疊加海量位信號，直觀呈現噪聲與抖動對信號幅度的影響。

通過眼圖的張開度，快速判斷總線信號的信噪比裕度，定位由于線纜過長或驅動不足導致的信號衰減節點。

圖4 CAN總線眼圖

物理參數自動化測量

設備支持對位時間、電平電壓、邊沿時間等關鍵參數進行自動化測量，并與標準值比對，有效發現收發器電氣特性偏差或控制器配置錯誤（如采樣點設置不當）。

圖5 電平測量

圖6 采樣點測量

故障注入與診斷：驗證系統魯棒性

在集成測試階段，被動監測不足以驗證安全性。主動施加干擾與故障模擬是必不可少的驗證手段。

物理層與協議層雙重干擾注入

物理故障模擬：ZPS-CANFD內置開關矩陣，可編程模擬總線開路、短路、終端電阻缺失等硬件故障，測試飛控系統在物理故障下的容錯機制。

邏輯干擾注入：支持發送錯誤幀、位翻轉等邏輯干擾信號，模擬惡劣環境下的丟包情況，評估系統的恢復策略。

圖7 物理層干擾

圖8 協議層干擾

波形同步與延遲統計

當出現錯誤幀時，ZPS-CANFD能夠將協議層報文與底層物理波形進行時間軸同步，幫助工程師快速判定故障是來自外部干擾還是邏輯沖突。

圖9 報文波形同步分析

針對eVTOL多電機協同對微秒級同步的嚴苛要求，ZPS-CANFD支持報文延遲統計功能。它能精確捕捉因物理層干擾或總線競爭引起的通信抖動，避免因控制指令延遲導致的機身姿態失穩。

圖10 傳播延遲測量

圖11 負載率測試
全生命周期的技術支撐ZPS-CANFD總線分析儀的測試能力貫穿飛行器的產品生命周期：

• 研發階段：輔助完成總線拓撲設計驗證、節點物理層一致性測試。
• 生產階段：作為標準檢測工具，快速篩查因線束焊接或接插件質量引起的信號衰減。
• 外場運維：便攜式設計配合深度診斷功能，便于在外場環境中快速定位故障節點。

結 語

低空經濟的安全發展離不開底層技術的嚴謹驗證。致遠儀器ZPS-CANFD總線分析儀提供“物理層測量+故障模擬+協議分析”的一體化解決方案，幫助工程團隊克服復雜的信號干擾挑戰，確保低空飛行器數據傳輸鏈路的高可靠性。