汽车行业在过去四十多年中持续致力于提升车辆的主动安全性能。防抱死制动系统（ABS）、自适应巡航控制系统以及盲点信息系统（BLIS）等功能的广泛应用显著提升了行车安全性，使驾驶员得以将注意力更多集中于驾驶过程中的其他关键环节。近年来，技术研发的重点已逐步转向实现车辆的完全自主控制，推动驾驶员角色向乘客角色的转变。
该技术体系被称为高级驾驶辅助系统（ADAS）。当前正处于持续开发阶段的ADAS依托多种集成化子系统，用于识别车辆行驶路径及周边环境，并有效应对交通状况、天气变化及其他复杂或不利条件。ADAS系统的决策功能依赖于多个电子子系统的协同运作。与此同时，为确保系统在真实道路环境中的可靠运行，先进的测试验证策略也在同步推进。本文聚焦于ADAS控制模块中以太网通信通道的故障测试方法研究，而非针对控制模块本体的功能评估。
高级驾驶辅助系统（ADAS）正随着各子系统的逐步成熟与应用而分阶段部署。美国汽车工程师学会(SAE) 作为交通运输领域的权威标准制定机构，为多数ADAS功能定义了技术规范与运行规则。其中，SAE J3016 标准将自动驾驶能力划分为六个等级，涵盖从无自动化到完全自主车辆控制的演进路径。尽管相关系统架构已基本确立，但截至2024年，量产车辆普遍仅实现SAE 2+级至SAE 3级的功能水平，迈向SAE 4级和SAE 5级仍需克服关键技术挑战，研发周期预计较长。
ADAS系统依赖视频与红外摄像头、超声波传感器，以及激光雷达和毫米波雷达等增强型感知系统，以全面监测车辆周边环境（见图1）。由于传统GPS定位精度难以满足自动驾驶需求（典型精度约为4.9米或16英尺），高精度数字地图通常采用GPS提供的初始位置估计，并在此基础上实现精度达10厘米的精确定位。[注：ADAS系统利用GPS 的PPS（每秒脉冲）信号实现多系统间的时间同步，确保感知与决策的一致性。]
图 1 - 典型的高级驾驶辅助系统（ADAS）传感器系统
从该图表可得出的关键结论是，各类传感器均会产生海量数据。若将高精度地图所涉及的数据量纳入考量，系统每秒需处理的数据可达数千兆字节。因此，必须构建一个高速、同步、高度安全且可靠的车载网络架构。
为满足上述需求，汽车以太网领域已制定并推出10GBASE-T1新标准（IEEE 802.3ch规范）。未来，高性能车辆预计将支持高达40GBASE-T1的传输速率。车载网络通常采用多个10GBASE-T1通道，并以星型拓扑结构进行组网。根据不同制造商的设计方案，每个传感器阵列可独立分配一个以太网通道；而对于超声波传感器和红外摄像头等低速传感设备，多个阵列可共享同一以太网通道。
为ADAS子系统配置独立的以太网通道，是实现系统冗余与故障恢复策略的重要组成部分。例如，当某一网络通道发生故障时，部分辅助功能（如激光雷达、泊车传感器和摄像头）可能仅局部失效并被自动停用，而其他关键系统（如雷达与短距摄像头）的异常则可能导致整个ADAS系统关闭。因此，保持各传感器系统的网络隔离性，有助于简化故障诊断与决策逻辑，提升系统整体可靠性。
F从网络测试的角度来看，设计验证与生产测试必须确保一个或多个以太网通道发生故障时，能够触发系统错误响应或安全关闭机制。每个10GBASE-T1通道在全双工模式下通过单根屏蔽双绞线电缆运行，实现在同一对导线上同时进行数据发送与接收。因此，可根据测试需求对每对线路，乃至每对线中的单根导线进行独立测试。目前，在此类高数据速率下，针对以太网通道潜在故障进行验证，可用的商业化测试方案仍较为有限。然而，国际权威认证机构如SGS已推动开发SOTIF（预期功能的安全性）框架，该框架作为ISO 21448标准的配套体系，涵盖一系列相关技术服务。SOTIF是一项面向自动化系统及自动驾驶汽车的新兴功能安全标准，未来将要求企业提供充分的设计验证证据。因此，行业亟需具备可重复性、高精度且可商业部署的测试解决方案。
我们最新推出的多千兆故障注入开关系列（型号40/42-205），提供PXI与PXIe两种模块化格式，是业界首款集成四通道或八通道阻抗匹配的双线信号路径的产品，专为满足10GBASE-T1以太网应用需求而设计。在默认导通状态下，双线通道可实现信号直通模块，传输损耗极低。开关单元基于先进的微机电系统（MEMS）技术，具备6 GHz高带宽特性，典型性能支持未来25 Gbit/s或40 Gbit/s以太网应用，具有低插入损耗、低电压驻波比（VSWR）、超长使用寿命（超过30亿次操作）以及极快的切换速度。此外，内置继电器动作循环计数功能可在模块接近使用寿命终点时向测试工程师发出预警提示。
图2 - Pickering Interfaces 40/42-205 多千兆MEMS故障注入开关系列（图为PXI版本）
在故障注入模式下，该模块可模拟以下故障条件：
接下来，将对各类故障的生成机制进行逐一分析。
图3 - 40/42-205-004四通道故障注入开关单元（FIU）示意图，该单元配备四个双线I/O通道
故障注入——故障注入的基本原理较为简洁：开关模块部署于仿真器（测试系统）与被测设备（DUT，例如ECU或ADAS控制器）之间，既可实现信号的透明传输，也可按需引入多种预设故障条件。
图4 - 单个FIU通道，包含两条单线和两条故障总线
如图4(i)所示，故障注入单元（FIU）处于默认工作模式，所有信号均无中断地直通传输。图4(ii)中，通道1模拟了开路故障；图4(iii)中，通道1与通道2之间实现了引脚间短路模拟；图4(iv)中，通道1则施加了对地短路故障。
电阻性故障模拟 ——此外，通过故障总线接入外部电阻，可实现电阻性故障的模拟（见图5）。需特别说明的是，与模块内部信号通道所采用的100 Ω阻抗匹配设计不同，故障总线仅适用于电阻性故障或对电源（VCC）和/或接地（GND）的短路模拟。例如，无法利用故障总线将替代以太网通道连接至被测设备，因其连接路径未实施阻抗控制，无法满足高速信号完整性要求。
图5 - 通道1线路中的电阻性故障
连接器、线缆及40-205-900/901-800接口板
40/42-205模块的前面板配备一个SAMTEC Eye Speed® 连接器，如图6所示。该连接器采用批量端接方式连接电缆，因此在分离以太网差分对时需使用专用分线组件。我们提供从模块到分线组件之间的互连线缆，标准长度可选0.25米（零件号：A062YMR-062YMR-0A025）或0.5米（零件号：A062YMR-062YMR-0A050）。
鉴于Eye Speed®连接器采用批量端接工艺，建议用户配合使用Pickering公司设计的专用接口板，以实现与40/42-205故障注入模块的可靠连接。40-205-900-800分线组件（如图8所示）集成了四个 Rosenberger E6S20D-40MT5-Z连接器（如图7所示），并配置一个9针D型公头连接器，用于接入故障注入信号，从而将模块上Eye Speed®连接器的各信号引脚进行有序分配。 此外，用户还可选择订购19英寸机架安装式版本以便集成于标准测试机柜中。
Eye Speed线缆与接口板的整体插入损耗受具体配置及线缆长度的影响。在4 GHz频率下，该损耗的典型值可定义为7 dB。系统集成商需负责获取适用于Rosenberger连接器并与待测设备（DUT）连接的配套线缆。此类线缆可通过多个授权分销商采购，提供多种标准长度选项。
图6 - SAMTEC Eye Speed®
图7 - Rosenberger E6S20D-40MT5-Z连接器
图8 - 40-205-900-800台式拆分组件
鉴于10GBASE-T1以太网通道对数据传输速率、线缆长度及FIU开关模块邻近性的要求，应尽可能缩短相关连接线缆的长度。建议将40-205-900/901-800接口板安装于距离40/42-205模块不超过0.5米的位置，并尽量靠近被测设备（DUT）。从Rosenberger连接器引出的线缆亦应保持最短必要长度。需特别指出的是，若采用大规模互连装置，必须测量整个信号通路的单通道总插入损耗，包括40/42-205 FIU模块、Eye Speed线缆、接口板、大规模互连装置以及Rosenberger线缆等组成部分，以确保测试系统中以太网分析仪输入端具备足够的信号强度，满足测量精度要求。
在配备高级驾驶辅助系统（ADAS）的车辆中，大量传感器与车载系统产生的数据需实时传输至ADAS控制器。此类数据的可靠传输对保障车辆运行安全及乘员安全具有至关重要的作用。因此，验证网络的完整性及其在互连故障条件下对异常事件的响应能力，成为系统测试中的关键环节。故障注入作为一种高效且可控的测试方法，应被纳入测试工程师评估以太网架构稳健性以及被测设备（DUT）生产质量保证体系的重要手段。该测试策略不仅适用于新产品导入（NPI）阶段的验证，亦可作为生产测试流程中的组成部分予以实施。本方案提供的40/42-205故障注入模块与40-205-900/901-800分线组件，可为上述测试需求提供高度模块化且高效的解决方案。