以太网接口物理层一致性测试cus

2005 7 51 以太网接口物理层一致性测试 泰克科技 中国 有限公司设计与制造测试仪器产品部泰克科技 中国 有限公司设计与制造测试仪器产品部 2005 7 52 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 2005 7 53 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 2005 7 54 以太网基础知识 10Base T 10Base T与ISO IEC的关系 2005 7 55 以太网的物理层 10Base T 编码方式 Manchester 编码方法Manchester 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 2005 7 56 以太网的物理层 10Base T 模板测试 脉冲电压模板 2005 7 57 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 2005 7 58 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 2005 7 59 以太网的物理层 100Base TX 扰码 Scrambling 防止码流里面的连续的 1 或者连续的 0 太多 因为过多连续的 1 对EMI的抑制不利 过多连续 的 0 会有过多的直流分量信号容易衰减 在100Base TX接口的IDLE码流中 最多会出现12个连续的 0 因此我们最多能捕获96ns宽度的脉冲 IEEE 802 3规范要求捕 获112ns宽度的脉冲进行幅度域测试 2005 7 510 以太网的物理层 1000Base T 1000Base T架构 2005 7 511 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 2005 7 512 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 2005 7 513 以太网的物理层 1000Base T 如果要测1000Base T接口的眼图的话 2005 7 514 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 2005 7 515 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 2005 7 516 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 2005 7 517 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 2005 7 518 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 2005 7 519 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 2005 7 520 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 2005 7 521 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 2005 7 522 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 2005 7 523 100Base TX以太网接口测试应当注意 测试负载选择 阻值 100 0 2 的电阻 并联电容 2pF 100MHz 串连电感 20nH 100MHz 阻值 100 0 2 的电阻 并联电容 2pF 100MHz 串连电感 20nH 100MHz 实际可选择的测试负载 100 1 的电阻 贴片 插 件 100 1 的电阻 贴片 插 件 被测端口设置要求 幅度域 发出包含112ns宽度的正负 脉冲的码流 时域 发出0 x55码用于占空比失真 测试 80ns宽度脉冲用于上升 下 降时间测试 幅度域 发出包含112ns宽度的正负 脉冲的码流 时域 发出0 x55码用于占空比失真 测试 80ns宽度脉冲用于上升 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 发出IDLE码 流 从中获取96ns宽度的脉冲替 代112ns宽度的脉冲 对于交换机 路由器 采用模拟广 播风暴的方式获得112ns宽度的脉 冲 对于一般的被设备 发出IDLE码 流 从中获取96ns宽度的脉冲替 代112ns宽度的脉冲 对于交换机 路由器 采用模拟广 播风暴的方式获得112ns宽度的脉 冲 2005 7 524 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 测试设置 都要捕捉96ns宽度的脉冲 正负向的脉冲都要考察 96ns 2005 7 525 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 2005 7 526 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 0 x55 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 2005 7 527 100Base TX以太网接口测试 将DUT的Scramble关闭 强制DUT发出0 x55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 2005 7 528 100Base TX接口抖动测试 两个交点上的测量非常重要 2005 7 529 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 2005 7 530 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 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 测试模式测试模式 1 测试模式测试模式4 2005 7 531 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 2005 7 532 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 2005 7 533 1000Base T以太网接口测试 jitter测试双绞线 2005 7 534 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 2005 7 535 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 2005 7 536 1000Base T以太网接口测试 测试模式4波形 失真测试波形 2005 7 537 谈谈1000Base T接口抖动测试 2005 7 538 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保证在信号回波比差的条件下测量抖动 标准第标准第40 6 1 1 1节给出了定义节给出了定义 接口电路接口电路 D型到型到RJ45 2005 7 539 1000BaseT 模板抖动 没有滤波 TX TCLK 信号上测得的峰到峰抖动 至少采集 100ms长度的信号 保证充分表示抖动 最大采集时间1秒 100ms指标的挑战 单次测试单次测试 4要求庞大的记录长度要求庞大的记录长度 0400ps取样周期时取样周期时100ms窗口窗口 250M 样点样点 4处理需要很长的时间处理需要很长的时间 4没有此类技术没有此类技术 重复测试重复测试 4要求大量的采集要求大量的采集 01ns 格时格时100ms 10M 采集采集 4在普通在普通DSO中重新准备触发器需要 很长的时间 中重新准备触发器需要 很长的时间 4FastAcq提供了每秒提供了每秒400 000个采集个采集 2005 7 540 IEEE要求的测试方法 Jitter Waveform 0 990ns1 010ns0 980ns1 020ns P2P3P4P1 0 0ns0 990ns2 000ns3 010ns4 000ns 0 010ns0 000ns 0 010ns Period Jitter0 000ns 实际的Clock 参考时钟 导出的 0 015 0 01 0 005 0 0 005 0 01 0 015 Filter is applied to this waveform Pk Pk is calculated 2005 7 541 抖动测试替代方法抖动测试替代方法 P2 8ns P1 8ns 0 0ns8 010ns16 566ns 0 010ns0 566nsJitter 数据 TX TCLK Jtx out 0 566ns 0 010ns 0 0466ns 2005 7 542 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 TCLK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 2005 7 543 关于抖动替代测试方法 当TX TCLK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 2005 7 544 Tek的优势 2005 7 545 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 2005 7 546 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 2005 7 547 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 2005 7 548 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 Link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 TCLK 2005 7 549 让我们来谈谈回波损耗 2005 7 550 回波损耗测试 定义 回波损耗的定义 Return loss 20log Vr Vi 2005 7 551 Tektronix是如何用示波器测试回波损耗的 首先 用AWG将信号输出到以太网夹具 该信号包含了以太网接 口回波损耗测试所需的频谱分量 以太网夹具通过纯电阻网络将AWG信号合成差分信号 并切通过 功率分配器将信号等分成4