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以太網(wǎng)接口物理層一致性測試方案

2022-03-30 10:16:21
以太網(wǎng)接口物理層一致性測試方案
詳細介紹:

1、以太網(wǎng)的起源與發(fā)展

    1972年Metcalf與他在XeroxPARC的同事們,在研究如何將XeroxAltos工作站與其他XeroxAltos工作站、服務(wù)器以及激光打印機相互聯(lián)網(wǎng)。他們成功地用一個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了2.94Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率的互聯(lián), 并將此網(wǎng)絡(luò)命名為AltoAloha網(wǎng)絡(luò)。1973年Metcalf將此延伸至支持其他的計算機類型, 并改名為Ethernet。如此,以太網(wǎng)便誕生了。1976年,Metcalf拿到了zhuanli, 并邀請了Intel與Digital成立了DIXgroup, 并在1989年, 演變成了IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3物理層可以通過不同的介質(zhì)來實現(xiàn),包括3類、4類、5類線(STP屏蔽與UTP非屏蔽雙絞線)、同軸銅線、多模與單模光纖等,其傳輸速率也從初的10M發(fā)展到100M、1000M、10G、100G、到現(xiàn)在的400G以太網(wǎng)。


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2、IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

IEEE 802.3定于1985年–10M速率,采用同軸電纜作為傳輸載體;

IEEE802.3i定于1990年–10M速率,采用雙絞線(屏蔽/非屏蔽)作為傳輸載體;

IEEE802.3u定于1995年–100M速率,采用雙絞線(屏蔽/非屏蔽)作為傳輸載體–100M速率,采用光纖(單模/多模)作為傳輸載體;

IEEE802.3z定于1998年–1000M速率,采用光纖(單模/多模)作為傳輸載體;

IEEE 802.3ab定于1999年–1000M速率,采用雙絞線(單模/多模)作為傳輸載體;

IEEE 802.3ae定于2001年10G速率,采用光纖(單模/多模)作為傳輸載體。



3、以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識

10Base-T

    編碼方式:Manchester 編碼方法,即“0”=由“+”跳變到“-”, “1”=由“-”跳變到“+”,因為不論是“0”還是“1”,都有跳變, 因此總體來說,信號是DC平衡的,且接收端容易從信號的跳變周期中恢復(fù)出時鐘。


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4、100Base-T

     PCS(Physical Coding Sublayer):負責(zé)編碼,PCS通過MII接口接收100Mbps的碼流,PCS將每4bit數(shù)據(jù)編譯成5bit,4B/5B變換。因此,100Base-TX接口在外部的速率為125Mbps,一個UI是8ns。PMA采用MLT-3電平,編碼遵循NRZ形式。100Base-TX接口信號逢“1”產(chǎn)生電平跳變,而逢“0”時信號電平保持不變。因此100Base-TX接口信號有三個電平,眼圖中一個UI會有2個“眼睛”。


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5、1000Base-T

    1000Base-T接口采用4D-PAM5編碼方式,采用了5類線中的所有4對差分線,在全雙工模式下達到1000Mbps的傳輸速率。每對線速率125Mbps,每個UI就是8ns。4x125=500M,使用4D-PAM5編碼方式,2bit為1Baud傳送,從而實現(xiàn)1000Mbps速率。


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   如果要測1000Base-T接口的眼圖的話,5個電平,眼圖應(yīng)該是這樣的。


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6、10M/100M/1000M以太網(wǎng)物理層測試

下面是10M/100M/1000M以太網(wǎng)的相同點和不同點:

相同點:都是差分信號–都使用RJ-45水晶頭作為連接器,使用5類線。

不同點:編碼不同,因此模板測試不同。

下圖是以太網(wǎng)測試連接框圖。


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10Base-T以太網(wǎng)接口測試項目

   主要測試項目:鏈路脈沖(帶和不帶 TPM)、TP_IDL(帶和不帶 TPM)、MAU 模板、諧波、共模電壓、差分電壓、抖動、回波損耗。

100Base-T以太網(wǎng)接口測試項目

   主要測試項目:AOI 模板、上升時間、下降時間、上升/下降時間對稱性、差分輸出電壓、幅度對稱性、波形過沖、占空比失真、抖動、回波損耗。

1000Base-T以太網(wǎng)接口測試項目

   主要測試項目:帶和不帶干擾:模板 A、模板 B、模板 C、模板 D、模板 F、模板 H、峰值 A、峰值 B、峰值 C、峰值 D、頂降 G、頂降 J、失真(帶或不帶時鐘,主抖動 - 經(jīng)過濾波和未經(jīng)濾波(帶和不帶時鐘),從抖動 - 經(jīng)過濾波和未經(jīng)濾波(帶和不帶時鐘),共模電壓,回波損耗。


7、以太網(wǎng)回波損耗測試

    以太網(wǎng)接口一致性測試還需要進行回波損耗Return Loss的測試,驗證DUT的阻抗匹配情況?;夭〒p耗太大會引起信號反射、失真、串?dāng)_等問題,特別是對于1000M以太網(wǎng),由于4對電纜同時雙向工作,所以對回波損耗要求會更高。

    要進行回波損耗Return Loss的測量,除了需要一臺示波器,還需利用VNA網(wǎng)絡(luò)分析儀、或AFG或AWG信號發(fā)生器才能完成回波損耗的測試,示波器上的以太網(wǎng)一致性測試軟件通過USB接口或網(wǎng)口控制AFG或AWG完成回波損耗Return Loss自動測試。在做回波損耗測試之前一定要利用校準(zhǔn)件分別做Open、Short、Load校準(zhǔn),下圖是回波損耗測試連接框圖。


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8、10M/100M/1000M以太網(wǎng)測試模式配置

    IEEE 802.3ab規(guī)定:做10M/100M/1000M以太網(wǎng)接口物理層一致性測試,需要配置寄存器可令DUT進入4種不同的測試模式才能完成測試。


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10M/100M/1000M以太網(wǎng)眼圖模板測試結(jié)果


下面分別是10M、100M、1000M以太網(wǎng)眼圖模板測試結(jié)果。


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100M/1000M以太網(wǎng)測試報告


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10M/100M/1000M以太網(wǎng)測試參考配置


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9、總結(jié)


    利用實時示波器、差分探頭、自動化軟件、夾具、AFG配合,實現(xiàn)了10M/100M/1000M以太網(wǎng)接口物理層一致性測試,提高了測試效率, 從而幫助工程師快速驗證產(chǎn)品,加速產(chǎn)品市場化的過程。

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