SIC 测试:验证与测试方法

本篇为 SIC 设计专题·测试篇,配套原理篇与设计篇。 本篇覆盖 SIC 收发器从芯片级参数测量到一致性认证、EMC 测试、网络级验证的完整测试体系,并给出测试计划模板。 测试方法与标准依据取自已下载资料(Hancock 2020 iCC 测量论文、Adamson 2020、TJA1463 数据手册)与经验证的 CiA/ADI 行业文章(链接见文末)。

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1. 测试体系总览

图 22:验证测试体系总览(芯片级参数 → 一致性 → EMC → 网络级 → 测试计划)

flowchart TD
    L1["芯片级参数测量<br/>示波器/仪表<br/>时序/电平/保护"] --> L2["一致性测试<br/>ISO 16845 / ISO 11898-2:2024 / CiA plugfest"]
    L2 --> L3["EMC 测试<br/>IEC 62228-3 / CISPR 25 / DPI / BCI"]
    L3 --> L4["网络级验证<br/>眼图 / SOA / 多节点实测"]
    L4 --> OUT["量产放行与互操作确认"]

测试体系自上而下的四层递进:芯片级参数测量提供基础数据,一致性测试确认标准符合性,EMC 测试覆盖车规电磁兼容,网络级验证观察系统行为,最终支撑量产放行与多厂商互操作确认。

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2. 芯片级参数测量

2.1 测量设备与设置

设备	用途
高带宽示波器(≥500 MHz)+ 差分探头	总线差分波形、时序测量
信号发生器 + CAN 控制器/分析仪	激励 TXD、解码 RXD
网络分析仪(或阻抗测量)	RDIFF_act_rec、输出阻抗
专用测试板(标准测试电路)	固定负载(60 Ω 差分)、可测点

Hancock 2020(Keysight)“Characterizing the physical layer of CAN FD”给出了环回延迟与隐性位宽的标准示波器测量流程(站内条目、本地 PDF)。

flowchart LR
    DUT["DUT(SIC 收发器)<br/>装在测试板上"] --> BOARD["测试板<br/>60 Ω 差分负载 + 可测点"]
    GEN["信号发生器 +<br/>CAN 控制器/分析仪<br/>(激励 TXD、解码 RXD)"] --> DUT
    BOARD --> SCOPE["高带宽示波器 ≥500 MHz<br/>+ 差分探头"]
    BOARD --> NA["网络分析仪<br/>RDIFF_act_rec / 输出阻抗"]
    BOARD --> CHAMBER["温箱 −40/25/150 °C<br/>电源 VCC 4.75~5.25 V"]

标准测量平台:测试板提供 60 Ω 差分负载与规定可测点;示波器(≥500 MHz + 差分探头)测总线差分波形与时序,网络分析仪测阻抗(RDIFF_act_rec、输出阻抗),信号发生器 + CAN 控制器/分析仪提供激励与解码;温箱覆盖 −40/25/150 °C,电源按 VCC 4.75~5.25 V 设置。

2.2 时序参数测量(核心)

参数	符号	测量方法	指标(Set C)
环回延迟	tLoop	TXD 边沿 → RXD 边沿(TJA1463: td(TXDL-RXDL)/td(TXDH-RXDH))	≤190 ns
发送隐性位宽偏差	tBit(Bus)	比较总线隐性位宽度与 TXD 理想位宽	−10 ~ +10 ns
接收位宽偏差	tBit(RxD)	比较 RXD 隐性位宽度与 TXD 理想位宽	−30 ~ +20 ns
接收时序对称性	tREC	tREC = tBit(RxD) − tBit(Bus)	−20 ~ +15 ns
TXD→总线传播延迟	tprop(TXD-bus)	TXD 边沿 → 总线越过阈值	≤80 ns(dom/rec)
总线→RXD 传播延迟	tprop(bus-RXD)	总线越过阈值 → RXD 边沿	≤110 ns(dom/rec)

测量要点:

• 位宽偏差测量需要在多个位模式下统计(单一位宽测量会有随机抖动误差),通常用长序列平均;
• 测试电路:60 Ω 差分负载 + 规定测试点(TJA1463 Figure 12 的驱动器对称性测试电路);测试条件 VCC 4.755.25 V、Tj −40150 °C;
• 环回延迟测试注意触发点(50% 电平)与探头延迟校准。

flowchart TD
    A["搭建测试电路<br/>(60 Ω 差分负载 + 规定测试点)"] --> B["配置多种位模式<br/>(单一位宽测量有随机抖动误差,<br/>用长序列平均统计)"]
    B --> C["测量 tLoop / tBit(Bus) / tBit(RxD) / tREC"]
    C --> D["注意触发点(50% 电平)<br/>与探头延迟校准"]
    D --> E["与 Set C 指标比对<br/>tLoop ≤190 ns、tBit(Bus) −10~+10 ns 等"]

时序测量流程:先搭标准测试电路,再在多种位模式下用长序列平均统计位宽偏差(消除随机抖动误差),测量环回延迟与位宽偏差后与 Set C 指标比对;环回延迟测试须注意 50% 触发点与探头延迟校准。

2.3 SIC 特有参数测量

参数	符号	测量方法	指标
有源隐性开始时间	tact_rec_start	TXD 隐性沿 → 总线输出阻抗下降/波形斜率突变	≤120 ns
有源隐性结束时间	tact_rec_end	总线波形斜率恢复高阻特征	≥355 ns
被动隐性开始时间	tpas_rec_start	输出阻抗升回高阻	≤530 ns
有源隐性差分电阻	RDIFF_act_rec	有源隐性窗口内注入测试电流测 V/I	75~133 Ω

实现提示:阻抗窗口测量需在总线上叠加小信号扰动,或在专用测试模式下把内部 SIC 控制信号引出;设计阶段应预留测试模式/引脚(见设计篇”可测性”检查清单)。

flowchart LR
    A["TXD 隐性沿"] --> B["总线波形斜率突变<br/>→ tact_rec_start ≤ 120 ns"]
    B --> C["波形斜率恢复高阻特征<br/>→ tact_rec_end ≥ 355 ns"]
    C --> D["输出阻抗升回高阻<br/>→ tpas_rec_start ≤ 530 ns"]
    D --> E["有源窗口内注入测试电流测 V/I<br/>→ RDIFF_act_rec 75~133 Ω"]

SIC 窗口测量链:以 TXD 隐性沿为参考,用总线波形斜率突变点标定 tact_rec_start/end,用输出阻抗回升标定 tpas_rec_start;RDIFF_act_rec 需在有源窗口内注入测试电流测 V/I。测量常需专用测试模式把内部 SIC 控制信号引出。

2.4 保护与鲁棒性参数

• ESD:总线引脚 HBM/IEC 61000-4-2(≥8 kV);系统级配合 TVS 的 ESD(IEC 61000-4-2 汽车场景,IEEE TDMR 2017 论文);
• 总线容错:CANH/CANL 对 GND/电源短路、±58 V 注入;ISO 7637 瞬态;
• TXD 显性超时:拉死 TXD 验证 0.8~9 ms 超时释放;
• 欠压/过温:UVLO 阈值、TSD 关断与恢复。

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3. 一致性测试(标准符合性)

3.1 ISO 16845-1/-2

• ISO 16845-1:2016:CAN 数据链路层与物理信令一致性测试计划(协议控制器层);
• ISO 16845-2:2018:高速介质访问单元(HS-MAU)一致性测试——收发器物理层参数的测试计划本体,SIC 相关测试项以此为基准(针对 ISO 11898-2:2016;ISO/DIS 16845-2 2024 修订正在制定以覆盖新版);
• 获取:ISO 官网付费购买。

3.2 ISO 11898-2:2024 Set C 参数符合性

按设计篇的检查清单逐项比对数据手册参数,确认满足:

• 时序:tBit(Bus)/tBit(RxD)/tREC、环回延迟、传播延迟拆分;
• SIC 窗口:tact_rec_start/end、tpas_rec_start、RDIFF_act_rec;
• 电平:差分输出、共模、阈值、隐性偏置。

注意:CiA 601-4(2019 原 SIC 规范)已撤回并入 ISO 11898-2:2024,测试以 ISO 新标准为准;601-4 老测试电路仅作历史参考。

flowchart TD
    A["测试依据:<br/>ISO 16845-1/-2 一致性测试计划"] --> B["逐项比对参数<br/>ISO 11898-2:2024 Set C"]
    B --> C{"满足全部参数?"}
    C -->|"是"| D["实验室自测通过"]
    C -->|"否"| E["反馈设计修改后重测"]
    D --> F["CiA plugfest 互操作测试<br/>(多厂商混用验证)"]
    F --> G["与 NXP/TI/Infineon 主流收发器<br/>混用互操作确认"]

一致性测试流程:以 ISO 16845-1/-2 测试计划为基准,逐项比对 ISO 11898-2:2024 Set C 参数;自测通过后再参加 CiA plugfest(仅限 CiA 会员),验证与 NXP/TI/Infineon 等主流收发器混用的互操作性——这是 SIC 网络最大的工程风险点。

3.3 CiA plugfest(互操作测试)

• 性质:CiA 组织的多厂商收发器/控制器互操作测试,仅限 CiA 会员参加;
• 历史:2015 年纽伦堡 CAN FD plugfest 做了振铃抑制对比测试(三星拓扑、270 m 长线、有无振铃抑制电路对照)——SIC 概念验证的现场记录;
• 近年已为 CAN SIC / SIC XL 收发器组织互操作测试(CiA 测试中心确认);
• 价值:验证自研芯片与 NXP/TI/Infineon 等主流收发器混用时的互操作性——SIC 网络最大的工程风险点。
• 链接:CiA plugfest 页面

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4. EMC 测试

flowchart LR
    DUT["DUT 收发器 IC"] --> BOARD["标准 EMC 测试板<br/>(IEC 62228-3 规范)"]
    BOARD --> HARNESS["线束/电缆"]
    HARNESS --> ANT["天线/接收机<br/>(传导发射 150 kHz~1 GHz)"]
    BOARD --> DPI["DPI 直接功率注入<br/>(抗扰度)"]
    HARNESS --> BCI["BCI 大电流注入<br/>(线束级抗扰)"]
    BOARD --> CISPR["CISPR 25<br/>(模块/整车级发射限值)"]

EMC 测试设置分层:芯片级按 IEC 62228-3 测试板规范测传导发射(150 kHz~1 GHz)与射频抗扰;抗扰度方法含 DPI(直接功率注入)与 BCI(大电流注入);模块/整车级按 CISPR 25 限值评估,PCB 布局(共模扼流圈、去耦)影响显著。

4.1 IEC 62228-3(CAN 收发器 IC EMC 评估)— 芯片级 EMC 标准

• 规定 CAN 收发器 IC 的传导发射(150 kHz~1 GHz)与射频抗扰度测试板规范、测试条件与限值;
• 与 SIC 直接相关:Infineon 的 CAN SIC 动态参数文章(本地 PDF)专门讨论 SIC 动态参数与 EMC 测试的关系——SIC 快速边沿在降低振铃的同时会增加高频发射,两者需要权衡;
• 获取:IEC Webstore 付费购买。

4.2 CISPR 25(模块/整车级)

• 车辆/模块级传导与辐射发射限值;收发器在 PCB 上的布局(共模扼流圈、去耦)影响显著;
• 参考厂商应用笔记:TI SLVAFC1(ESD 保护)、NXP AH1308(PCB/EMC 设计)——均已下载。

4.3 抗扰度测试方法

• DPI(Direct Power Injection):直接功率注入,评估收发器抗扰阈值(比较器、共模处理的薄弱点);
• BCI(Bulk Current Injection):大电流注入,线束级抗扰;
• 参考:SOKEN/丰田 2024 论文(车载 CAN-FD 收发器 IC 抗扰度评估方法,DOI 10.23919/EMCJapan/APEMCOkinawa58965.2024.10585203)、九州工大 2022(CAN-FD 收发器辐射噪声评估)。

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5. 网络级验证(系统)

5.1 眼图模板测试

• CAN FD 数据相位用**眼图模板(eye diagram mask)**作为合成信号质量测试(仲裁段 + 数据段分开评估);
• 参考:LeCroy Stüber 2024 iCC “What information can eye diagrams provide for CAN?”、Hancock 2020;
• 实测时注意:触发源用 SOF,数据相位速率与仲裁速率分别配置。

flowchart LR
    A["抓帧:SOF 触发<br/>仲裁速率与数据相位速率分别配置"] --> B["大量位波形叠加"]
    B --> C["生成眼图<br/>仲裁段 + 数据段分开评估"]
    C --> D["与眼图模板(eye diagram mask)比对"]
    D --> E{"信号是否落入掩膜?"}
    E -->|"是"| F["信号质量合格 ✓"]
    E -->|"否"| G["振铃/抖动超标<br/>检查拓扑与配置"]

眼图分析流程:以 SOF 为触发源抓帧,把大量位波形叠加成眼图,仲裁段与数据段分开评估;再与眼图模板比对,信号落入掩膜判定质量合格,超出则回溯振铃/抖动来源(拓扑、端接、采样点配置)。

5.2 Safe Operating Area 仿真 + 台架对照(Adamson 2020 方法论)

1. 仿真输入:典型(typical)仿真模型 + 最坏情况不对称评估(不叠加所有参数同时最坏,那不符合实际);
2. 位模式:用 1D1R + 5D1R + 1D1R(1 显性+1 隐性,5 显性+1 隐性,1 显性+1 隐性)——覆盖最长振荡漂移与最短显性后接隐性两种最坏场景;
3. 判据:隐性位信号在最早采样点前回到 0.5 V 以下;安全操作区边界外设警告区(建议 25 ns 时序缓冲 + 0.05 V 电压缓冲)用于早期预警;
4. 台架对照:仿真条件与台架测量一致(相同位模式、相同 VCC),便于交叉验证;
5. 拓扑覆盖:星型、多 stub、长线;可用 Kvaser 2024 iCC 论文的线束布局分析做补充(已下载)。

flowchart TD
    A["仿真输入:<br/>典型模型 + 最坏情况不对称评估<br/>(不叠加所有参数同时最坏)"] --> B["位模式 1D1R + 5D1R + 1D1R<br/>(覆盖最长振荡漂移与最短显性后接隐性)"]
    B --> C["判据:隐性位信号在最早采样点前<br/>回到 0.5 V 以下"]
    C --> D["安全操作区 + 警告区<br/>(25 ns 时序缓冲 + 0.05 V 电压缓冲)"]
    D --> E["台架对照:<br/>相同位模式、相同 VCC"]
    E --> F["拓扑覆盖:<br/>星型、多 stub、长线"]

SOA 仿真 + 台架对照方法论:典型模型配合最坏情况不对称评估(不叠加所有参数同时最坏,那不符合实际),用 1D1R + 5D1R + 1D1R 位模式覆盖最长振荡漂移与最短显性后接隐性两种最坏场景,以”最早采样点前回到 0.5 V 以下”为判据,边界外设警告区(25 ns 时序缓冲 + 0.05 V 电压缓冲),最后用相同位模式、相同 VCC 的台架对照交叉验证。

5.3 关键配置验证

• 采样点:2 Mbps 用 70~80%;5 Mbps 用 ~55%(50% + 1 tq);
• ⚠️ Secondary Sample Point(SSP)必须与主采样点一致——5 Mbps 下 SSP 设错是实际网络中最常见的隐性故障;
• 端接:60 Ω 差分端接、split termination + 共模电容(改善共模发射);振铃测试网络按 CiA 601-4/ISO 规范搭建。

5.4 系统级测试方法论(ADI)

• ADI 2023 文章”System-level testing of CAN FD transceivers”(免费,can-newsletter.org)讨论多节点系统级测试:环回延迟、RXD 位宽、传播时延对仲裁与采样点的联合影响;
• 链接:https://can-newsletter.org/engineering/engineering-miscellaneous/231215_system-test_transc_analog-devices_cnlm-23-4/

5.5 自动化测试

• 同济大学 2024:多供应商 CAN FD 收发器互操作自动化测试系统(DOI 10.1109/VPPC63154.2024.10755399);
• Aptiv 2021:双线高速 CAN/CAN FD/LIN 物理层一致性测试自动化框架(SAE 2021-26-0484)。

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6. 测试计划模板(流片验证用)

1. 目的与依据:ISO 11898-2:2024 Set C / ISO 16845-2 / 数据手册参数
2. 测试环境:测试板(60Ω 差分负载+可测点)、示波器、CAN 分析仪、温箱(-40/25/150°C)、电源(VCC 4.5~5.5V)
3. 测试项矩阵:
   [ ] 静态:差分/共模输出、阈值、隐性偏置、输入阻抗(RDIFF_act_rec)
   [ ] 时序:tLoop、tBit(Bus)/tBit(RxD)/tREC、tprop 拆分、SIC 窗口(tact_rec_start/end、tpas_rec_start)
   [ ] 保护:ESD、±58V 容错、TXD 超时、UVLO/TSD
   [ ] EMC:IEC 62228-3 传导发射/抗扰;DPI/BCI
   [ ] 网络级:多节点星型拓扑 2/5 Mbps 眼图、0.5V 判据、SSP 配置
   [ ] 互操作:CiA plugfest 或与 TJA1463/TCAN1463 混用测试
4. 判定标准:数据手册参数表 + Safe Operating Area(含警告区)
5. 交付物:测试报告、眼图截图、时序统计表、EMC 报告

flowchart TD
    A["1. 目的与依据<br/>ISO 11898-2:2024 Set C / ISO 16845-2 / 数据手册参数"] --> B["2. 测试环境<br/>测试板(60 Ω 差分负载+可测点)<br/>示波器 / CAN 分析仪 / 温箱 / 电源"]
    B --> C["3. 测试项矩阵"]
    C --> C1["静态:差分/共模输出、阈值<br/>隐性偏置、RDIFF_act_rec"]
    C --> C2["时序:tLoop、tBit(Bus)/tBit(RxD)/tREC<br/>tprop 拆分、SIC 窗口"]
    C --> C3["保护:ESD、±58 V 容错<br/>TXD 超时、UVLO/TSD"]
    C --> C4["EMC:IEC 62228-3 传导发射/抗扰、DPI/BCI"]
    C --> C5["网络级:多节点星型拓扑 2/5 Mbps 眼图<br/>0.5 V 判据、SSP 配置"]
    C --> C6["互操作:CiA plugfest 或<br/>与 TJA1463/TCAN1463 混用测试"]
    C1 --> D["4. 判定标准<br/>数据手册参数表 + Safe Operating Area(含警告区)"]
    C2 --> D
    C3 --> D
    C4 --> D
    C5 --> D
    C6 --> D
    D --> E["5. 交付物<br/>测试报告 / 眼图截图 / 时序统计表 / EMC 报告"]

测试计划模板的五个组成部分:目的与依据、测试环境、测试项矩阵(静态/时序/保护/EMC/网络级/互操作六类)、判定标准(数据手册参数表 + Safe Operating Area 含警告区)与交付物,形成从计划到报告的完整闭环。

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7. 参考资料(已下载/已验证)

资料	位置/链接	用途
Hancock 2020 物理层表征(iCC)	站内条目、本地 PDF	环回延迟/隐性位宽/眼图测量方法
Adamson 2020(5-Mbps 网络)	站内条目、本地 PDF	Safe Operating Area 仿真方法论、位模式、采样点
TJA1463 数据手册	站内条目、本地 PDF	参数定义、测试电路(Figure 12)、测量条件
Infineon CAN SIC 动态参数(4/2022)	本地 PDF	SIC 动态参数与 EMC 关系
LeCroy 眼图(iCC 2024)	本地 PDF	眼图分析方法
Kvaser 线束/CAN 驱动(iCC 2020/2024)	iCC2024、iCC2020	振铃机理、slew rate 与线束
ADI 系统级测试(2023)	https://can-newsletter.org/engineering/engineering-miscellaneous/231215_system-test_transc_analog-devices_cnlm-23-4/	系统级测试方法论
CiA plugfest 页面	https://www.can-cia.org/services/cia-test-center/cia-plugfest	互操作测试历史与报名
CAN FD ringing suppression(2015 plugfest 报道)	https://www.can-newsletter.org/engineering/engineering-miscellaneous/150309_plug-fest-canfd-ringging-suppression/	SIC 前身互操作测试现场记录
标准(付费)	ISO 16845-1、ISO 16845-2、IEC 62228-3、ISO 11898-2:2024	测试条款权威出处

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关联

• 词条:CAN SIC、振铃抑制、一致性测试、IEC 62228-3、CISPR 25、plugfest、采样点、TDC
• 教程:一致性测试与 plugfest、示波器抓帧与分析
• 知识库:工具与测试 子域(示波器抓帧、一致性测试)、收发器设计 子域
• 专题内:原理见原理篇,设计见设计篇