以太网接口物理层一致性测试
苏水金
有限公司
司
）有限公
（中国
泰克科技
克科技（
中国）
以太网的起源与发展
1972年Metcalf与他在Xerox PARC的同事们，在研究如何将Xerox Altos工作站与其他Xerox Altos工作站、服务器以及激光打印机相互联网。
他们成功的用一个网络实现了2.94Mb/s的数据传输率的互联, 并将此网络命名为Alto Aloha网络。
1973年Metcalf 将此延伸至支持其他的计算机类型, 并改名为Ethernet。
因为Ether（以太）,曾被科学家认为是电磁波在真空中的传输介质。
而Ethernet就是以太网的意思，就是数据传输的网络。
如此，以太网便诞生了。
1976年, Metcalf拿到了专利, 并邀请了Intel 与Digital 成立了DIX group, 并在1989 年, 演变成了IEEE802标准。
基本上IEEE 802.3 是OSI第二层的协议，负责链路的接入管理与流量控制。
IEEE 802.3物理层可以通过不同的介质来实现，包括3类、4类、5类线（STP屏蔽与UTP非屏蔽双绞线），同轴铜线，多模与单模光纤等等。
其传输速率也从最初的10M发展到100M、1000M乃至当今的10G
IEEE 802.3标准的发展
IEEE 802.3定于1985年
–10M速率，采用同轴电缆作为传输载体
IEEE 802.3i定于1990年
–10M速率，采用双绞线(屏蔽/非屏蔽)作为传输载体 IEEE 802.3u定于1995年
–100M速率，采用双绞线(屏蔽/非屏蔽)作为传输载体
–100M速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体
IEEE 802.3z定于1998年
–1000M速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体
IEEE 802.3ab定于1999年
–1000M速率，采用双绞线（单模/多模）作为传输载体
IEEE 802.3ae定于2001年
–10G速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体
以太网基础知识：10Base-T 10Base-T与ISO/IEC的关系
以太网的物理层：10Base-T
编码方式：Manchester Manchester 编码方法编码方法,即“0”=由“+”跳变到“-”, “1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是“0”或是“1”, 都有跳变, 所以总体来说,信号是DC平衡的,并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复出时钟.
以太网的物理层：10Base-T 模板测试：脉冲电压模板
以太网的物理层：100Base-TX
PCS(Physical Coding Sublayer)：负责编码，PCS通过MII接口接收100Mbps的码流，PCS将每4bit数据编译成5bit。
这就是工程师常说的4B/5B变换。
因此，100Base-TX接口在外部测出的速率是125Mbps，一个UI是8ns。
以太网的物理层：100Base-TX
PMA(Physical Media Attachment)采用MLT-3电平，编码遵循NRZ形式。
100Base-TX接口信号逢“1”产生电平跳变，而逢“0”时信号电平保持不变。
因此100Base-TX接口信号有三个电平，眼图中一个UI会出现2个“眼睛”。
获112ns宽度的脉冲进行幅度域测试）
以太网的物理层：1000Base-T 1000Base-T架构
以太网的物理层：1000Base-T 1000Base-T接口采用4D-PAM5编码
方式，采用了5类线中的所有4对
差分线，在全双工模式下达到
1000Mbps的传输速率。
–每对线速率125Mbps，每个UI就
是8ns。
4x125＝500M
–使用4D-PAM5编码方式，2bit为
1Baud传送，实现1000Mbps
100Base-TX与1000Base-T的频谱
由于分别采用了MLT-3和PAM-5的编码方式，令它们的信号基频均为
31.25MHz。
使EMI性能提高且传输距离远。
以太网的物理层：1000Base-T
如果要测1000Base-T接口的眼图的话… …
以太网的物理层：三种接口的异同
相同点：
–都是差分信号
–都使用RJ-45水晶头作为连接器，使用5类线
不同点
–编码不同，因此模板测试不同
–测试负载不同
10M、100M、1000M以太电接口的测试
模板测试：脉冲模板、眼图模板
幅度：差分输出电压、对称度
时域：上升/下降时间、对称度、占空比失真
抖动：测试设定不同
回波损耗测试：扫频带宽不同
专用测试：误码率测试（ Tektronix产品不涉及） 高级测试：阻抗、共模抑制、变压器参数…
10Base-T以太网接口测试项目
核心测试
–模板
MAU –0.9 和1.1 定标
TP_IDL和链路脉冲
–支持 3 种不同的负荷
–带、不带TPM
–输出电压
–谐波成分
–抖动
普通, 8BT, 8.5BT
–MDI回波损耗(发送和接收)
–共模电压
4高级测试
0共模抑制
0容错能力
10Base-T以太网接口测试的DUT要求
要求DUT发出随机包以供MAU、TP_IDL测试
要求DUT发出连接脉冲以供TP_Link测试
要求DUT发出全“1”或者全“0”码流以供Harmonic测试
10Base-T以太网接口需要的双绞线模型
双绞线模型：
–插入损耗要求：100ohm信号源发送信号100ohm负载进行接收时，在10MHz 频点插入损耗为9.7dB至10.45dB；在5MHz频点插损为6.5dB至7.05dB
10Base-T以太网接口需要的测试负载
测试负载要求：
–有三种测试负载，Load1、Load2以及Load3(即100ohm纯电阻)
10Base-T以太网接口测试FAQ
为何有W/TPM与Wo/TPM：
–这是分别采用双绞线模型与不采用双绞线模型进行的测试
Load1、Load2、Load3：
–根据规范的要求使用三种不同的负载进行测试
回波损耗测试中的85、100以及111ohm：
–根据规范的要求，要获取DUT与85ohm以及111ohm的端口连接时的回损
10Base-T测试Tektronix完全遵守IEEE规范吗？ 请注意：在TP-IDL以及MAU模板测试中，TDSET3使用的模板与IEEE802.3规范所给出的模板有少许区别！
100Base-TX以太网接口测试项目
核心测试
–模板–幅度域
峰值幅度 过冲
幅度对称
–时域
上升时间和下降时间 上升/下降对称
–抖动
–占空比失真–MDI回波损耗
发送, 接收
4专用测试
4误码率4高级测试
0共模抑制0变压器衰落0输入阻抗
100Base-TX 以太网接口测试应当注意！
测试负载选择
阻值阻值：：100Ω100Ω±±0.2%0.2%的电阻的电阻并联电容并联电容：：≤2pF@100MHz 串连电感串连电感：：≤20nH@100MHz
被测端口设置要求
幅度域幅度域：：发出包含发出包含112ns 112ns 112ns宽度的正负宽度的正负
脉冲的码流时域时域：：发出发出0x550x550x55码用于占空比失真码用于占空比失真测试测试。
80ns 80ns宽度脉冲用于上升宽度脉冲用于上升宽度脉冲用于上升// 实际可选择的测试负载
100Ω100Ω±±1%1%的电阻的电阻的电阻（（贴片贴片//插件插件））
下降时间测试
被测端口实际可操作的设置
对于一般的被设备对于一般的被设备：：发出发出IDLE IDLE IDLE码流码流码流，，
从中获取从中获取96ns 96ns 96ns宽度的脉冲替代宽度的脉冲替代112ns 112ns宽度的脉冲宽度的脉冲宽度的脉冲。
对于交换机对于交换机、、路由器路由器：：采用模拟广播风暴的方式获得播风暴的方式获得112ns 112ns 112ns宽度的宽度的脉冲
100Base-TX以太网接口测试
幅度域测试项目：
–差分输出电压–差分输出电压对称度–
差分输出过冲
96ns
测试设置：
–都要捕捉96ns宽度的脉冲–正负向的脉冲都要考察
100Base-TX以太网接口测试
时域测试项目：
–上升/下降时间
–上升/下降时间对称度
测试设置：
–都要捕捉80ns宽度的脉冲(也有人说是16ns还有112ns)–要分清楚正负向的上升/下降时间
100Base-TX以太网接口测试
占空比失真测试：
–使用DUT发出的IDLE码流，从中挑选合适的片断进行测试–令DUT发出去除Scramble之后的“0x55”码流进行测试
抖动测试：
–在眼图中测量交叉点的峰值抖动，正负向交叉点都用测量–要捕获大量的波形
100Base-TX以太网接口测试
将DUT的Scramble关闭，强制DUT发出0x55码型进行测试（需要firmware支持） 判据:15.5ns<W1/W2/W3<16.5ns 且相差小于±0.25ns
100Base-TX接口抖动测试 两个交点上的测量非常重要
100Base-TX以太网接口测试FAQ
为何要捕获宽度96ns脉冲：
–因为在IDLE状态下96ns是能捕获的最大脉冲宽度
–因为这样进行幅度测试才能避开ISI令测量更精确
上升/下降时间的测试到底捕获多宽的脉冲：
–根据ANSI X3.263规范“好像是”要求捕获112ns宽度进行测试–TDSET3默认捕获80ns宽度的脉冲
–Cisco公司要求捕获16ns宽度的脉冲
1000Base-T以太网接口测试项目
核心测试
–模板–峰值电压–电平精度–衰落测试模式1
–失真–MDI回波损耗–MDI共模电压–抖动
4其它测试
0共模抑制0误码率0阻抗均衡
0串扰噪声抑制
测试模式4
1000Base-T以太网接口测试：DUT设置
1000Base-T接口有4中IEEE组织规定的测试模式：–测试模式1：脉冲模板测试、电压衰落测试、峰值电压测试
–测试模式2：主模式抖动
–测试模式3：从模式抖动
–测试模式4：波形失真测试、回波损耗测试、共模输出电压测试
1000Base-T以太网接口测试：DUT设置
IEEE 802.3ab规定：设置寄存器可令DUT进入4种不同的测试模式
1000Base-T以太网接口测试：jitter测试双绞线
1000Base-T以太网接口测试：测试模式1波形 测试电平幅度、电压衰落
1000Base-T以太网接口测试：测试模式2、3波形 测试主、从模式下的抖动
1000Base-T以太网接口测试：测试模式4波形 失真测试波形
谈谈1000Base-T接口抖动测试
测试设置–
主抖动(没有滤波) 测试
主设备和链路设备在正常模式下工作 连接专用测试通道
–保证在信号回波比差的条件下测量抖动
–标准第40.6.1.1.1节给出了定义
接口电路
(D型到RJ45)
单次测试
4要求庞大的记录长度
0400ps取样周期时100ms窗口= 250M 样点
4处理需要很长的时间
4没有此类技术
重复测试
4要求大量的采集
01ns/格时100ms = 10M 采集
4在普通DSO中重新准备触发器需要很长的时间
4FastAcq提供了每秒400,000个采集
Jitter
Waveform -0.010ns 0.000ns +0.010ns
Jitter
0.000ns -0.015-0.01
-0.005
0.0050.010.015
Filter is applied to this waveform
Pk-Pk is calculated
抖动测试替代方法
P 2(8ns)
P 1(8ns)0.0ns
8.010ns 16.566ns 0.010ns 0.566ns
Jitter 数据
TX_TCLK
J tx-out = 0.566ns –0.010ns = 0.0466ns
1000Base-T以太网接口抖动测试
根据IEEE802.3要求，需要DUT的PHY芯片提供TX_T CLK信号输出 可是，目前的1000Base-T接口PHY芯片都没有该引脚
幸运的是，我们有替代方法
关于抖动替代测试方法
当TX_T CLK无法探测时，此替代方法是我们建议的。
在此替代方法中，测试源必须始终是数据（测试模式2或者测试模式3）
使用此替代方法测试确定性抖动（Dj）对产品的设计同样有指导作用，并且具有一定的参考价值。
Tek的优势
Tektronix的优势：DPO
DPO：
–超强的波形捕获率，可以在短时间内捕获波形进行抖动测试–规范要求捕获超大量的波形进行抖动分析
Tektronix的优势：测试夹具
测试夹具：
–双绞线模型、三种10Base-T接口测试负载、回波损耗测试支持、共模输出电压支持、带干扰注入的1000Base-T接口模板测试支持………
Tektronix的优势：完备的测试项目
完备的测试项目：
–完全支持10M、100M、1000M三种电接口的发送端测试项目
–“Select All”按键，一次性完成100Base-TX接口所有测试项目–完美的测试报告输出
Tektronix的优势：灵活的测试参数设定
10Base-T接口：
–可以自主设定MAU、TP_IDL、TP_Lin k测试的波形捕获参数、DUT芯片的存在形式
100Base-TX接口：
–可以自主设定DCD测试码流、上升时间参数
–自主设定模板测试的通过门限
1000Base-T接口：
–可以灵活的选择模板测试中是否使用干扰信号
–可以灵活的选择抖动测试中是否使用TX_T CL K
让我们来谈谈回波损耗
回波损耗测试：定义
回波损耗的定义：
–Return loss ＝20log(|V r/V i|)。
