作者：Patrick Mannion，特約編輯

合規性設計和更智能的測試數據應用是圣克拉拉年度 DesignCon 芯片和電路板盛會的重要主題。在通常的芯片和電路板設計和測試討論中，這些主題在自動駕駛汽車和無處不在的物聯網的背景下得到了明顯的體現。

“我們設計汽車系統的方式即將發生根本性變化，”克萊姆森大學電氣和計算機工程名譽教授 Todd Hubing 在他的主題演講“我們如何讓自動駕駛汽車足夠安全？”中說道。雖然他說在車輛中安裝更多電子設備的好處是“我們會知道是電子設備出現故障，而不是駕駛員”，但問題是，考慮到駕駛小時數，“所需的可靠性超過大多數航空航天設計。”

作為多家汽車和汽車系統制造商的顧問，胡兵利用公開數據，估計每年與駕駛員相關的死亡人數約為 125 萬。雖然符合 ISO 26262 可確保設計滿足該標準對每運行小時 10 -10人死亡的要求，但僅在美國就有超過 500 億車輛運行小時，因此設計信心迅速下降。

以一輛流行的車輛為例，如果該車輛按照 NASA 衛星標準進行了 1000 萬小時的關鍵任務故障間隔測試，那么美國每年將有 300 多人死于該車輛。

由于車輛需要測試到高于軍事和航空航天設計的水平，Tubing 描述了為什么當前的測試和合規模型無法繼續工作。他的號召性用語始于關于現在能夠在沒有駕駛員輸入的情況下啟動油門的車輛系統數量的喚醒呼叫（圖 1）。

圖 1：能夠啟動車輛油門的系統數量是對重新思考如何測試和驗證電子系統的警鐘。

無數系統包括明顯的系統，如巡航控制、自動泊車和變速箱控制，以及不太明顯的系統，如主動偏航控制、機艙環境控制和通信系統。Hubing 為無需人工干預即可控制轉向和制動的系統提供了類似的圖表。

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

然后是軟件錯誤，胡兵說。“一架商用飛機大約有 1000 萬行代碼，而一輛典型的豪華車大約有 1 億行代碼。” 此代碼會出現錯誤，例如編程錯誤、系統之間的不兼容、不可預見的情況（輸入）和不兼容的硬件更改。

最后，還有 EMC 問題，這可能源于電場干擾、電源干擾、串擾、電子放電和輻射電磁場。

從所有這些潛在的故障來源中，胡兵將三個最薄弱的環節描述為對安全至關重要的依賴：

無法驗證精度的模擬傳感器輸入

性能無法建模或驗證的未定義軟件

單個硬件組件（尤其是微控制器）

雖然 Hubing 指出了眾所周知的 V 模型（參見“汽車安全需要無限的軟件開發生命周期”）在正確的需求和驗證序列中應用時的有用性，“問題在于它不是那樣工作的：一切都是并行發生。” 設計師正在構建原型，然后進行測試，然后再次修改和測試。“所以你最終會設計組件來通過測試”，而不是設計組件來滿足要求。

Hubing 的“恐怖故事”講述了為了讓系統通過測試而在飛行中進行修改的例子，強調了這種過程的危險性。這些對硬件或軟件的操作可能會使系統通過測試，但沒有人完全理解這種操作的含義。這不僅破壞了該特定設計的完整性，而且因為它“有效”，這種操作會在沒有解決根本問題的情況下傳遞到下一代車輛。

為了解決根本問題，胡兵描述了需要以不同方式做的三件事：

合規性設計。

識別并記錄所有組件和系統故障并將其永久存儲，包括導致事故發生的幾分鐘內發生的詳細信息。

不允許任何單個檢測到的組件故障或任何數量的不可檢測的組件故障危及安全。

雖然預測組件故障的難度是顯而易見的，但 Hubing 強調了設計合規性而不是設計“通過測試”的重要性。為此，胡兵建議業界實施一項單一測試，讓設計師“一槍”通過。他說，通過這種方式，設計師將在進行測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揮的后果。

加速 EMI/EMC 合規性測試雖然 Hubing 在合規性設計方面可能是正確的，但很少有工具可以準確地模擬“現實世界”系統的 EMI/EMC 性能，以至于合規性測試成為一種形式而不是障礙. 隨著物聯網的出現，EMI/EMC 合規性越來越成問題，因為越來越多的設備結合了無線通信并同時成為干擾者和受到干擾。

泰克高級技術營銷經理 Chris Loberg 說，要測試一個系統，通常必須將其送到帶有消聲室的測試室，這可能每天花費高達 2,000 美元，并且需要四到五天的時間。“那么如果失敗了，他們就必須從頭再來，”他說。

物聯網和無線連接要求正在加劇 EMI/EMC 合規性問題，但這是一個持續存在的問題。Wyatt Technical Services, LLC 的獨立 EMC 顧問 Ken Wyatt 表示，簡單的 DC/DC 轉換器是任何電源的一部分，其開關頻率為 1 至 3 MHz，并產生千兆赫茲的基帶噪聲。Loberg 援引 Intertek 的數據稱，多達 50% 的產品在第一次復飛時未達到 EMC 合規性。盡管如此，預合規測試仍然很耗時，需要昂貴的設備，并且缺乏報告工具，“所以很多公司都跳過了它，”懷亞特說。

為了解決成本和時間因素，泰克使用 DesignCon 推出 EMCVu，這是一種一體化 EMI/EMC 預一致性測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，用于控制測試硬件并進行報告（圖 2）。周圍是各種附件，例如放大器、近場探頭、輻射測試天線、三腳架和電纜。每個相關附件的損失和收益已經在軟件中捕獲并在測量過程中進行了說明。

圖 2：泰克 EMCVu 是一種經濟高效的 EMI/EMC 預一致性測試解決方案，讓設計人員在進行正式一致性測試之前進行測試和調試。

完整的套件成本為 26,655 美元（建議零售價），Loberg 說這與一次前往 EMC 測試機構的費用相同，但它大大降低了必須進行第二次或第三次旅行的幾率。但是，一些配件可能已經在手，因此基本套件的起價低于 6,400 美元。

新的人工智能方法使測試數據更有價值在測試和測量方面失去的機會之一是更好地利用數據，但這種情況正在改變。測試公司現在不是收集數據并將其放入冷庫以供日后參考，而是尋找方法將數據轉換為更多使用本地或基于云的分析的實時工具。

這種分析能力是 PathWave 的一大亮點，PathWave 是是德科技在 DesignCon 上推出的全新設計和測試軟件平臺（圖 3）。PathWave 代表了業界關于如何進行測試的最新思維，它將設計和開發路徑的每一步從設計和仿真到原型和測試，一直到制造，Brigham Asay 說，戰略營銷總監是德科技。

圖 3：是德科技推出了 PathWave，這是一個開放、可擴展和可預測的“大數據”測試工作流程和數據分析平臺。

關鍵屬性是它是開放的、可擴展的和可預測的。后者來自其使用分析工具來識別趨勢，監控每個測試資源的使用和健康狀況，并捕獲和分析“大數據”以實現更有效的工作流程。這種分析可以從本地擴展到基于云，具體取決于工作流程和測試要求。

Asay 強調了工作流程，他指出用戶能夠使用開放應用程序編程接口 (API) 重新配置接口以實現快速定制。

泰克還展示了使用其 DPO70000 實時示波器的預測方案。它的版本使用機器學習對“神經元”進行編程，從而可以替代傳統的 S 參數和 IBIS-AMI 模型，從而提高速度和準確性。

審核編輯 黃昊宇