汽车控制器硬件电路测试技术及要求

控制器统称ECU (Electronic Control Unit)，包括传感器、执行器、主控及外围电路、电源电路等，主要功能是采集传感器的信号，通过控制策略计算参数，决策控制执行器。ECU开发的整个过程包括：结构设计、软件开发、硬件开发、测试等工作任务。

控制器的硬件模块根据功能可以划分为：主核CPU模块、电源模块、模拟量和数字量接口模块、功率驱动模块、通信模块；

主核CPU模块是嵌入式软件的载体，主要进行控制算法的运算，主要电路包括时钟、复位、供电模块；
电源模块的主要要求是工作电压符合车规级要求，纹波处理，反压保护，上电复位，电源监控，外部传感器供电，休眠唤醒功能等。
模拟量和数字量接口的主要要求是故障监测和实现采集功能，故障监测包括对地、对电源短路保护；开路、短路诊断；静电保护，采集功能需要通过低通滤波，电压限幅保护。
功率驱动模块主要要求是过压、过流、过温、对地对电源短路保护，驱动功率要求；
通信模块主要要求是通信速率，抗干扰，对地对电源保护，信号质量；

硬件的总体开发流程：产品需求分析→总体设计→架构设计→详细设计→原理图→PCB→检视→投板→生产试制→板级调试→单元测试→系统联调→小批量试制→硬件SOP→产品售后与维护。

一、控制器硬件电路测试的目的

按照硬件电路的设计需求，利用万用表，示波器，可调电源，信号发生器，通讯总线监控等设备工具进行电路调试，主要工作是硬件电路运行状态的测试、仿真分析结果的验证、器件参数的调整、EMC性能的优化等等。不仅要找到故障点，还要明确故障原因及位置，明确设计中存在的不足，进而优化产品设计，改进电子产品功能。

控制器即使按照设计的电路参数进行设计，也存在与预期不符的现象。这是因为硬件电路设计的复杂性，比如元器件的精度，信号线分布，信号输入输出阻抗，增益，电源纹波干扰，EMC干扰等等。所以必须通过调试，来发现设计的不足，采取措施加以改进。调试的意义是：发现缺陷，验证功能，优化性能。

二、控制器硬件电路测试流程

当控制器硬件电路板焊接完成后，检查控制器是否能够按照预期功能工作，通常不直接给控制器供电，而是应该遵循硬件测试的流程及规范进行硬件电路的检查，其测试流程如下：

检查PCB

主要通过原理图检查元器件的规格、类型，避免导致错焊、以及由于丝印出错导致焊错位置、或者错料焊错；检查焊接过程中是否发生虚焊、连锡的现象；此过程一般通过目检的方式进行。

根据功能需求设计测试用例

设计测试用例的方法包括，需求分析、内部和外部接口分析、等价类产生和分析、边界值分析、基于知识和经验的错误预测、功能依赖分析、分析常见的限制条件、序列和独立失效源、分析环境条件和运行用例、存在的标准、分析重要变量。如果控制器涉及到功能安全项目的相关需求，测试安全机制的完整性和正确性方法：功能测试、故障注入测试、电气测试。

搭建好测试环境

主要包括设计测试的外围电路环境，可以通过面包板；通过波形发生器，设计需要输入到输入引脚的波形；通过总线通信分析设备设计驱动硬件电路的信号，以及准备测试用上位机，准备好简单的底层驱动程序等等。

通电调试

通电调试前，并通过万用表测试所有电源正和地的点是否发生短接现象。包括供电调试：检查总电源、主控供电、各模块供电是否正常；然后烧录接口的测试：烧录代码；调试接口的测试：串口调试或者其它通信接口；电源测试可以通过test point进行电源信号的注入。例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。

根据用例进行模块调试

根据设计好的用例，针对各个模块进行测试，该测试可以通过test point进行电源信号的注入，进行每个模块的精细测试，避免各模块之间的信号串扰。

整个控制器整体调试

在电路的输入端加入合适的信号，按信号的流向，顺序检测各测试点的输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。

三、控制器硬件电路单元测试技术

硬件电路测试的主要测试点如下：

测试电路在正常工作情况下，是否按照预期的输入输出条件进行工作；测试电路在异常情况下（电源过压、电源欠压、电阻断路、电阻短路、电容短路、上下拉电阻断路/短路等等），电路的输入输出是否按照预期的条件进行工作；在硬件测试前，应针对电路进行了详细的技术分析以及仿真分析，以确定测试的主要关注点。

控制器硬件电路的测试主要集中在以下测试电路模块：数字信号输入测试（低边数字信号输入、高边数字信号输入、隔离数字信号输入）、数字信号输出测试、频率信号输入测试、模拟信号输入测试、模拟信号输出测试、电源测试、通讯接口测试、硬件驱动模块测试。

数字信号输入

数字信号低有效，即信号状态为0V（车身地）和OPEN（悬空）两种类型。一般的远近光灯的输入控制。

在收到下降沿的触发条件后，再检测若干个周期，判断是低电平。

测试方法：如果测试低电平需要给定0V；如果测试悬空态，需要进行上拉处理。测试高低电平的特征边界值，通过底层驱动程序观测电平状态。并通过故障注入对地短路，对电源短路的方式，观测电平状态。通过示波器观测信号质量。

数字信号高有效，即信号状态为12V（车载12V 小电池）和OPEN（悬空）两种类型。一般D/R档。

在收到上升沿的触发条件后，再检测若干个周期，判断是高电平。

测试方法：如果测试高电平需要给定12V；如果测试悬空态，需要进行下拉处理。测试高低电平的特征边界值，通过底层驱动程序观测电平状态。并通过故障注入对地短路，对电源短路的方式，观测电平状态。通过示波器观测信号质量。

隔离数字信号输入

隔离数字信号，即信号状态为12V 或者OPEN（悬空）状态，以及12V或者0V 状态。

测试方法：如果测试低电平需要给定0V；通过MCU IO引脚，驱动光耦或者隔离变压器，如果测试悬空态，需要进行上拉处理。测试高低电平的特征边界值，通过底层驱动程序观测电平状态。并通过将输出引脚故障注入对地短路，对电源短路的方式，观测电平状态。通过示波器观测信号质量。

如果测试高电平需要给定12V；如果测试悬空态，需要进行下拉处理。测试高低电平的特征边界值，通过底层驱动程序观测电平状态。并通过将输出引脚故障注入对地短路，对电源短路的方式，观测电平状态。通过示波器观测信号质量。

数字信号输出测试

低边驱动LSD(low side driver) 当输出低电平时，继电器导通，负载的电源和地导通然后可以工作。高边驱动HSD（High side driver）当输出高电平时，继电器导通，负载的电源和地导通然后可以工作。通常功率比较小，采用芯片内部的驱动方式，芯片内部集成有继电器，发热小，具有诊断功能；功率比较大，采用外部继电器的驱动方式。一般是远近光灯的继电器控制。一般控制器采用高低边驱动芯片。该芯片能够驱动负载工作，同时能够将输出端口的故障进行反馈。

测试方法：通信方式有多种，一般可模拟控制信号，控制芯片输出；当芯片是采用SPI 等串口通讯方式进行控制时，可利用开发板进行控制芯片输出。通过外界环境，使得芯片过压，过流，过温，在产生这些故障时，输出口是否带有保护功能，同时是否有故障进行反馈。

模拟信号输入测试

一般通过AD芯片或者通过设计外围电路，信号通过滤波、放大、保护等处理后，输送到主控MCU端口进行采集。整车控制器采集的模拟信号主要有油门及刹车踏板信号。

测试方法：通过可调电源调整电压大小，观测输出结果。并进行故障注入测试，主副对地短路，主副对电源短路等，观测输出的结果。

模拟信号输出测试

一般通过DA芯片或者通过MCU输出，设计外围电路，信号通过滤波、放大、保护等处理后，输送到驱动芯片或者MOS管、晶体管进行输出，整车控制器采集的模拟信号主要有油门及刹车踏板信号。

测试方法：通过底层驱动程序控制DA端口的输出值，包括正常值，边界值等。

PWM信号输入输出测试

PWM输入输出信号可以通过单片机PWM自带的功能进行，但是PWM的驱动能力较弱，电压也只能满足3.3V以及5V的电压要求，而整车上的PWM信号主要来源于高压互锁信号。其电压一般为12V，因此需要通过三极管进行电平转换。输入的PWM进行电压检测可以通过电平转换将电压降低到单片机可以采集的电压幅度，通过PWM输入捕获的方式检测占空比或者频率。而如果需要用到PWM波驱动外围设备，则需要通过功率器件进行功率转换。

测试方法：通过底层驱动程序，设置PWM波的占空比及频率，通过示波器观测波形的现象，并对输入引脚进行对地对电源短路，进行故障诊断的功能。输入捕获则通过信号发生器，模拟特征占空比的PWM，通过底层驱动程序读取占空比以及频率，需要测试占空比的特征值以及边界值。