作者：Patrick Mannion，特約編輯

合規(guī)性設(shè)計(jì)和更智能的測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)用是圣克拉拉年度 DesignCon 芯片和電路板盛會(huì)的重要主題。在通常的芯片和電路板設(shè)計(jì)和測(cè)試討論中，這些主題在自動(dòng)駕駛汽車和無(wú)處不在的物聯(lián)網(wǎng)的背景下得到了明顯的體現(xiàn)。

“我們?cè)O(shè)計(jì)汽車系統(tǒng)的方式即將發(fā)生根本性變化，”克萊姆森大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程名譽(yù)教授 Todd Hubing 在他的主題演講“我們?nèi)绾巫屪詣?dòng)駕駛汽車足夠安全？”中說(shuō)道。雖然他說(shuō)在車輛中安裝更多電子設(shè)備的好處是“我們會(huì)知道是電子設(shè)備出現(xiàn)故障，而不是駕駛員”，但問(wèn)題是，考慮到駕駛小時(shí)數(shù)，“所需的可靠性超過(guò)大多數(shù)航空航天設(shè)計(jì)。”

作為多家汽車和汽車系統(tǒng)制造商的顧問(wèn)，胡兵利用公開數(shù)據(jù)，估計(jì)每年與駕駛員相關(guān)的死亡人數(shù)約為 125 萬(wàn)。雖然符合 ISO 26262 可確保設(shè)計(jì)滿足該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每運(yùn)行小時(shí) 10 -10人死亡的要求，但僅在美國(guó)就有超過(guò) 500 億車輛運(yùn)行小時(shí)，因此設(shè)計(jì)信心迅速下降。

以一輛流行的車輛為例，如果該車輛按照 NASA 衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了 1000 萬(wàn)小時(shí)的關(guān)鍵任務(wù)故障間隔測(cè)試，那么美國(guó)每年將有 300 多人死于該車輛。

由于車輛需要測(cè)試到高于軍事和航空航天設(shè)計(jì)的水平，Tubing 描述了為什么當(dāng)前的測(cè)試和合規(guī)模型無(wú)法繼續(xù)工作。他的號(hào)召性用語(yǔ)始于關(guān)于現(xiàn)在能夠在沒(méi)有駕駛員輸入的情況下啟動(dòng)油門的車輛系統(tǒng)數(shù)量的喚醒呼叫（圖 1）。

圖 1：能夠啟動(dòng)車輛油門的系統(tǒng)數(shù)量是對(duì)重新思考如何測(cè)試和驗(yàn)證電子系統(tǒng)的警鐘。

無(wú)數(shù)系統(tǒng)包括明顯的系統(tǒng)，如巡航控制、自動(dòng)泊車和變速箱控制，以及不太明顯的系統(tǒng)，如主動(dòng)偏航控制、機(jī)艙環(huán)境控制和通信系統(tǒng)。Hubing 為無(wú)需人工干預(yù)即可控制轉(zhuǎn)向和制動(dòng)的系統(tǒng)提供了類似的圖表。

問(wèn)題在于這些系統(tǒng)中的許多故障點(diǎn)。這些包括意外的電氣連接，例如冷凝水、雨水或洗車水、錫須、機(jī)械變形或破損、電弧、焊球和組件故障。

然后是軟件錯(cuò)誤，胡兵說(shuō)。“一架商用飛機(jī)大約有 1000 萬(wàn)行代碼，而一輛典型的豪華車大約有 1 億行代碼。” 此代碼會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，例如編程錯(cuò)誤、系統(tǒng)之間的不兼容、不可預(yù)見的情況（輸入）和不兼容的硬件更改。

最后，還有 EMC 問(wèn)題，這可能源于電場(chǎng)干擾、電源干擾、串?dāng)_、電子放電和輻射電磁場(chǎng)。

從所有這些潛在的故障來(lái)源中，胡兵將三個(gè)最薄弱的環(huán)節(jié)描述為對(duì)安全至關(guān)重要的依賴：

無(wú)法驗(yàn)證精度的模擬傳感器輸入

性能無(wú)法建模或驗(yàn)證的未定義軟件

單個(gè)硬件組件（尤其是微控制器）

雖然 Hubing 指出了眾所周知的 V 模型（參見“汽車安全需要無(wú)限的軟件開發(fā)生命周期”）在正確的需求和驗(yàn)證序列中應(yīng)用時(shí)的有用性，“問(wèn)題在于它不是那樣工作的：一切都是并行發(fā)生。” 設(shè)計(jì)師正在構(gòu)建原型，然后進(jìn)行測(cè)試，然后再次修改和測(cè)試。“所以你最終會(huì)設(shè)計(jì)組件來(lái)通過(guò)測(cè)試”，而不是設(shè)計(jì)組件來(lái)滿足要求。

Hubing 的“恐怖故事”講述了為了讓系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試而在飛行中進(jìn)行修改的例子，強(qiáng)調(diào)了這種過(guò)程的危險(xiǎn)性。這些對(duì)硬件或軟件的操作可能會(huì)使系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試，但沒(méi)有人完全理解這種操作的含義。這不僅破壞了該特定設(shè)計(jì)的完整性，而且因?yàn)樗坝行А保@種操作會(huì)在沒(méi)有解決根本問(wèn)題的情況下傳遞到下一代車輛。

為了解決根本問(wèn)題，胡兵描述了需要以不同方式做的三件事：

合規(guī)性設(shè)計(jì)。

識(shí)別并記錄所有組件和系統(tǒng)故障并將其永久存儲(chǔ)，包括導(dǎo)致事故發(fā)生的幾分鐘內(nèi)發(fā)生的詳細(xì)信息。

不允許任何單個(gè)檢測(cè)到的組件故障或任何數(shù)量的不可檢測(cè)的組件故障危及安全。

雖然預(yù)測(cè)組件故障的難度是顯而易見的，但 Hubing 強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)合規(guī)性而不是設(shè)計(jì)“通過(guò)測(cè)試”的重要性。為此，胡兵建議業(yè)界實(shí)施一項(xiàng)單一測(cè)試，讓設(shè)計(jì)師“一槍”通過(guò)。他說(shuō)，通過(guò)這種方式，設(shè)計(jì)師將在進(jìn)行測(cè)試之前確保它是正確的，“因此它不可能失敗”，考慮到必須從頭開始而不是在最后一刻即興發(fā)揮的后果。

加速 EMI/EMC 合規(guī)性測(cè)試雖然 Hubing 在合規(guī)性設(shè)計(jì)方面可能是正確的，但很少有工具可以準(zhǔn)確地模擬“現(xiàn)實(shí)世界”系統(tǒng)的 EMI/EMC 性能，以至于合規(guī)性測(cè)試成為一種形式而不是障礙. 隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，EMI/EMC 合規(guī)性越來(lái)越成問(wèn)題，因?yàn)樵絹?lái)越多的設(shè)備結(jié)合了無(wú)線通信并同時(shí)成為干擾者和受到干擾。

泰克高級(jí)技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理 Chris Loberg 說(shuō)，要測(cè)試一個(gè)系統(tǒng)，通常必須將其送到帶有消聲室的測(cè)試室，這可能每天花費(fèi)高達(dá) 2,000 美元，并且需要四到五天的時(shí)間。“那么如果失敗了，他們就必須從頭再來(lái)，”他說(shuō)。

物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線連接要求正在加劇 EMI/EMC 合規(guī)性問(wèn)題，但這是一個(gè)持續(xù)存在的問(wèn)題。Wyatt Technical Services, LLC 的獨(dú)立 EMC 顧問(wèn) Ken Wyatt 表示，簡(jiǎn)單的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是任何電源的一部分，其開關(guān)頻率為 1 至 3 MHz，并產(chǎn)生千兆赫茲的基帶噪聲。Loberg 援引 Intertek 的數(shù)據(jù)稱，多達(dá) 50% 的產(chǎn)品在第一次復(fù)飛時(shí)未達(dá)到 EMC 合規(guī)性。盡管如此，預(yù)合規(guī)測(cè)試仍然很耗時(shí)，需要昂貴的設(shè)備，并且缺乏報(bào)告工具，“所以很多公司都跳過(guò)了它，”懷亞特說(shuō)。

為了解決成本和時(shí)間因素，泰克使用 DesignCon 推出 EMCVu，這是一種一體化 EMI/EMC 預(yù)一致性測(cè)試和故障排除解決方案。EMCVu 的核心是泰克 USB 供電的 RSA306B 頻譜分析儀和 SignalVu-PC 軟件，帶有 EMCVu 選項(xiàng)，用于控制測(cè)試硬件并進(jìn)行報(bào)告（圖 2）。周圍是各種附件，例如放大器、近場(chǎng)探頭、輻射測(cè)試天線、三腳架和電纜。每個(gè)相關(guān)附件的損失和收益已經(jīng)在軟件中捕獲并在測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行了說(shuō)明。

圖 2：泰克 EMCVu 是一種經(jīng)濟(jì)高效的 EMI/EMC 預(yù)一致性測(cè)試解決方案，讓設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行正式一致性測(cè)試之前進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。

完整的套件成本為 26,655 美元（建議零售價(jià)），Loberg 說(shuō)這與一次前往 EMC 測(cè)試機(jī)構(gòu)的費(fèi)用相同，但它大大降低了必須進(jìn)行第二次或第三次旅行的幾率。但是，一些配件可能已經(jīng)在手，因此基本套件的起價(jià)低于 6,400 美元。

新的人工智能方法使測(cè)試數(shù)據(jù)更有價(jià)值在測(cè)試和測(cè)量方面失去的機(jī)會(huì)之一是更好地利用數(shù)據(jù)，但這種情況正在改變。測(cè)試公司現(xiàn)在不是收集數(shù)據(jù)并將其放入冷庫(kù)以供日后參考，而是尋找方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更多使用本地或基于云的分析的實(shí)時(shí)工具。

這種分析能力是 PathWave 的一大亮點(diǎn)，PathWave 是是德科技在 DesignCon 上推出的全新設(shè)計(jì)和測(cè)試軟件平臺(tái)（圖 3）。PathWave 代表了業(yè)界關(guān)于如何進(jìn)行測(cè)試的最新思維，它將設(shè)計(jì)和開發(fā)路徑的每一步從設(shè)計(jì)和仿真到原型和測(cè)試，一直到制造，Brigham Asay 說(shuō)，戰(zhàn)略營(yíng)銷總監(jiān)是德科技。

圖 3：是德科技推出了 PathWave，這是一個(gè)開放、可擴(kuò)展和可預(yù)測(cè)的“大數(shù)據(jù)”測(cè)試工作流程和數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。

關(guān)鍵屬性是它是開放的、可擴(kuò)展的和可預(yù)測(cè)的。后者來(lái)自其使用分析工具來(lái)識(shí)別趨勢(shì)，監(jiān)控每個(gè)測(cè)試資源的使用和健康狀況，并捕獲和分析“大數(shù)據(jù)”以實(shí)現(xiàn)更有效的工作流程。這種分析可以從本地?cái)U(kuò)展到基于云，具體取決于工作流程和測(cè)試要求。

Asay 強(qiáng)調(diào)了工作流程，他指出用戶能夠使用開放應(yīng)用程序編程接口 (API) 重新配置接口以實(shí)現(xiàn)快速定制。

泰克還展示了使用其 DPO70000 實(shí)時(shí)示波器的預(yù)測(cè)方案。它的版本使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)“神經(jīng)元”進(jìn)行編程，從而可以替代傳統(tǒng)的 S 參數(shù)和 IBIS-AMI 模型，從而提高速度和準(zhǔn)確性。

審核編輯 黃昊宇