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以太网接口物理层一致性测试2011-9-181苏水金苏水金苏水金苏水金泰泰泰泰克科技克科技克科技克科技（（（（中国中国中国中国））））有限公有限公有限公有限公司司司司以太网的起源与发展1972年Metcalf与他在XeroxPARC的同事们，在研究如何将XeroxAltos工作站与其他XeroxAltos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AltoAloha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DIXgroup,并在1989年,演变成了IEEE802标准。基本上IEEE802.3是OSI第二层的协议，负责链路的接入管理与流量控制。IEEE802.3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10G2011-9-182IEEE802.3标准的发展IEEE802.3定于1985年–10M速率，采用同轴电缆作为传输载体IEEE802.3i定于1990年–10M速率，采用双绞线(屏蔽/非屏蔽)作为传输载体IEEE802.3u定于1995年–100M速率，采用双绞线(屏蔽/非屏蔽)作为传输载体2011-9-183–100M速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体IEEE802.3z定于1998年–1000M速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体IEEE802.3ab定于1999年–1000M速率，采用双绞线（单模/多模）作为传输载体IEEE802.3ae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-T10Base-T与ISO/IEC的关系2011-9-184以太网的物理层：10Base-T编码方式：ManchesterManchesterManchesterManchester编码方法编码方法编码方法编码方法,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.2011-9-185以太网的物理层：10Base-T模板测试：脉冲电压模板2011-9-186以太网的物理层：100Base-TXPCS(PhysicalCodingSublayer)：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。2011-9-187以太网的物理层：100Base-TXPMA(PhysicalMediaAttachment)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”。2011-9-188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。（IEEE802.3规范要求捕获112ns宽度的脉冲进行幅度域测试）2011-9-189获112ns宽度的脉冲进行幅度域测试）以太网的物理层：1000Base-T1000Base-T架构2011-9-1810以太网的物理层：1000Base-T1000Base-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＝500M2011-9-1811是8ns。4x125＝500M–使用4D-PAM5编码方式，2bit为1Baud传送，实现1000Mbps100Base-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。2011-9-1812以太网的物理层：1000Base-T如果要测1000Base-T接口的眼图的话……2011-9-1813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2011-9-1814–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2011-9-1815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2011-9-1816–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2011-9-181710Base-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7.05dB2011-9-181810Base-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)2011-9-181910Base-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：2011-9-1820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！2011-9-1821100Base-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2011-9-1822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阻值阻值：：：：100Ω100Ω100Ω100Ω±±±±0.2%0.2%0.2%0.2%的电阻的电阻的电阻的电阻并联电容并联电容并联电容并联电容：：：：≤≤≤≤2pF@100MHz2pF@100MHz2pF@100MHz2pF@100MHz串连电感串连电感串连电感串连电感：：：：≤≤≤≤20nH@100MHz20nH@100MHz20nH@100MHz20nH@100MHz实际可选择的测试负载被测端口设置要求幅度域幅度域幅度域幅度域：：：：发出包含发出包含发出包含发出包含112ns112ns112ns112ns宽度的正负宽度的正负宽度的正负宽度的正负脉冲的码流脉冲的码流脉冲的码流脉冲的码流时域时域时域时域：：：：发出发出发出发出0x550x550x550x55码用于占空比失真码用于占空比失真码用于占空比失真码用于占空比失真测试测试测试测试。。。。80ns80ns80ns80ns宽度脉冲用于上升宽度脉冲用于上升宽度脉冲用于上升宽度脉冲用于上升////下降时间测试下降时间测试下降时间测试下降时间测试2011-9-1823实际可选择的测试负载100Ω100Ω100Ω100Ω±±±±1%1%1%1%的电阻的电阻的电阻的电阻（（（（贴片贴片贴片贴片////插件插件插件插件））））下降时间测试下降时间测试下降时间测试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对于一般的被设备对于一般的被设备：：：：发出发出发出发出IDLEIDLEIDLEIDLE码流码流码流码流，，，，从中获取从中获取从中获取从中获取96ns96ns96ns96ns宽度的脉冲替代宽度的脉冲替代宽度的脉冲替代宽度的脉冲替代112ns112ns112ns112ns宽度的脉冲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对于交换机对于交换机、、、、路由器路由器路由器路由器：：：：采用模拟广采用模拟广采用模拟广采用模拟广播风暴的方式获得播风暴的方式获得播风暴的方式获得播风暴的方式获得112ns112ns112ns112ns宽度的宽度的宽度的宽度的脉冲脉冲脉冲脉冲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96ns2011-9-1824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：2011-9-1825–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：2011-9-1826–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:15.5nsW1/W2/W316.5ns且相差小于±0.25ns2011-9-1827100Base-TX接口抖动测试两个交点上的测量非常重要2011-9-1828100Base-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ANSIX3.263规范“好像是”要求捕获112ns宽度进行测试2011-9-1829–根据ANSIX3.263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–失真测试模式测试模式测试模式测试模式12011-9-1830–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测试模式测试模式41000Bas