【应用】使用InfiniiVision X-Series示波器对PSI5传感器串行总线触发和解码

引言

Peripheral Sensor Interface 5 (PSI5)串行总线用于汽车传感器监控应用，包括安全气囊系统。PSI5总线是基于曼彻斯特编码的双线电流调制接口。该接口为PSI5智能传感器供电，传感器到ECU的数据传输通过同一双线接口上的电流调制实现。虽然PSI5最常见的波特率是125 kbps，但该总线的波特率可高达189 kbps。

KEYSIGHT的InfiniiVision X-Series示波器提供了广泛的授权应用选项，允许您对各种复杂的汽车串行总线通信进行解码和触发的范围设置，包括PSI5。同步和解码PSI5通信的能力将增强您测试、调试和验证物理层的总线操作的正确性和信号完整性的能力。可以通过使用Keysight的用户可定义的 Manchester/NRZ触发和解码选项(DSOXT3NRZ/DSOX4NRZ/DSOX6NRZ)来触发及解码PSI5总线。

本应用笔记概述了PSI5协议/位定时的结构，然后一步一步地说明了如何设置一个InfiniiVision示波器,进行解码，然后在PSI5串行总线上进行触发。

PSI5协议以及定时概述

PS15串行通信基于曼彻斯特编码，在曼彻斯特编码中，比特周期中点附近的跳变决定了所传输和/或接收比特的极性。如下图1所示的波形时分图，在比特周期中间的一个上升的跳变/边缘对应着逻辑"0",而在比特周期中间的一个下降跳变对应着逻辑"1"。

                                       图1 基于曼彻斯特编码的比特极性图

PSI5数据帧由三个主要字段/区域组成，包括一个2位起始字段(极性总是"0")，一个10到28位的载荷/数据字段，可以进一步细分为可选和强制子字段以及一个1或者3位的Parity/CRC字段。图2展示了上述描述，表1进行了进一步说明。

                                                                     图2  PSI5数据帧结构(基于PSI5技术规范)

                                                      表1 PSI5帧区域/字段定义

PSI5解码

现在学习如何建立一个InfiniiVision X-Series示波器来解码由两个起始位、一个10位数据字段和一个奇偶校验位组成的PSI5信号/帧流。首先使用高灵敏度的电流探针(如Keysight的N2821A)探测PSI5总线，然后适当缩放(Amps/div)并在重复的PSI5信号上进行触发，同时使用默认的边缘触发模式，以便在示波器屏幕上显示一个或多个帧。注意必须在正确设置示波器的解码之后，才能对特定的PSI5帧进行触发。接下来，在示波器的Serial菜单中选择曼彻斯特协议解码模式，如图3所示：

                                              图3 缩放波形，然后选择基于用户自定义的曼彻斯特选项进行解码

选择Signals子菜单，定义如下参数，如图4所示:

-信号源 =1 (假设您正在使用channel-1探测总线来捕获PSI5信号)

-阈值 =大约50%的波形摆动

-波特率 = 125kb/s

-波特率容限 = 20%

                                    图4 在Signal菜单中定义输入信号源，阈值，波特率以及波特率容限

由于InfiniiVision示波器的串行解码是基于硬件技术的，因此解码阈值电平与触发电平相同。因此，如果您将示波器设置为在上升或下降边缘跳变时触发，并且触发电平接近波形从峰值到峰值摆动的50%，那么您应该获得一个有效的解码阈值电平。

在Signal子菜单中设置好之后，按下Back键回退到Manchester解码菜单，选择Bus Config子菜单并定义如下参数，如图5所示：

- Display Format  = Word

- Sync Size = 2(开始比特数目)

- Header Size = 0

- Number of Words = 1 (有效负载/数据字段中的单个数据字)

- Data Word Size = 10

- Trailer Size = 1 (1奇偶检验位)

                                        图5 定义每一个PSI5帧的区域/字段

注意，如果我们试图解码包含任何可选字段/区域的PSI5帧，我们可以指定“头大小”作为另一个惟一的字段进行解码。

在Bus Config子菜单中设置好之后，再次按下Back键回退到Manchester解码菜单，选择Setting子菜单并定义如下参数，如图6所示：

–Start Edge # = 1 (2个开始位后的第一个边缘)

–Polarity = 下降边缘: 1 (比特时间中间的下降边缘 = 1, 比特时间中间的上升边缘 = 0)

–Bit Order = LSB (数据字段位序)

–Idle Bits = 1.5 (帧间最小比特数/间隙)

–Decode Base = 十六进制

                                                图6 在设置菜单中定义参数

注意，位顺序适用于整个帧。这意味着如果您的PSI5帧包含一个3位CRC字段，那么该字段将按相反的顺序解码。

触发PSI5

虽然示波器现在应该解码此PSI5串行总线，但除了随机边缘跳变，它还没有触发任何特定的东西。要设置一个独特的PSI5触发条件，请选择“Trigger”菜单，然后选择在Manchester上进行触发。

您还可以通过选择示波器波形顶部的Lister选项卡来开启协议“Lister”，如图7所示。InfiniiVision示波器能够以两种不同的格式显示协议解码，与时间相关的解码轨迹总是出现在显示每帧内容的波形下面。可以打开"Lister"，在示波器的上半部分以表格格式显示解码。

                                                   图7 在PSI5帧的起始处进行触发

默认的曼彻斯特触发条件是帧开始(SOF),但是，您还可以通过指定二进制格式的串行位模式值(按作用域接收的位的顺序输入)或在曼彻斯特错误上进行触发来设置更加特殊的触发条件。在这个例子中，出现了一个偶然的曼彻斯特错误，如lister所显示的。曼切斯特错误定义为在公差设置内的任何位周期的中间没有出现边缘。现在，我们设置示波器来触发触发曼彻斯特错误，以发现特定的时序问题。

图8展示了触发了曼彻斯特错误的示波器，同时以二进制位显示/解码格式进行解码。波形上方的橙色三角形(靠近显示器右侧)标记了触发点，该点位于比特时间的末尾，紧随曼侧斯特错误之后。时基设置为8μs / div(与PSI5总线比特时间一样),我们应该能观察到一个非常接近中点的上升或者下降边缘，该边缘显示在每个垂直的方格间(每个垂直方格代表8us)。我们可以看到应该发生在第7位中间的跳变被提前中断了(在比特周期的中间之前)，这个中断在公差设置之外产生了一个下降的边缘。示波器会在该比特时间结束时立即检测到此错误，并对该错误进行触发，并以红色高亮显示“MANCH”错误消息。

                                        图8 使用曼侧斯特错误触发来发现位时序问题

总结

在InfiniiVision X-Series示波器(除了 2000X)上使用Keysight的用户自定义的Manchester/NRZ 串行触发和解码选项，允许您快速测试和调试PSI5汽车传感器总线。Keysight还提供了许可选项，通常用于汽车测量应用，包括CAN, CAN FD, LIN, FlexRay, SENT, I2C, SPI等。