以太网一致性分析概述以太网一致性分析是通过标准化测试验证设备物理层信号质量是否符合IEEE等国际规范的过程确保不同厂商设备间的兼容性和可靠性。它涵盖幅度、抖动、眼图、回波损耗等关键指标测试是产品上市前确保性能达标的质量通行证。一致性统一的标准测试信号、统一的连接方式、标准的算法和测试流程。本应用方案主要介绍优利德100BASE-Tx一致性软件简介100BASE-Tx一致性测试方案配置100BASE-Tx及物理层模型100BASE-Tx一致性测试项目及引用规范总览100BASE-Tx一致性测试项目及方案细节选型指南Part.1 CTS100简介优利德CTS100以太网一致性分析方案提供100BASE-Tx标准的物理层一致性验证方案。此方案包含测试设备数字示波器波形发生器以太网测试夹具有源差分探头和示波器一致性分析软件。优利德推出的CTS100物理层一致性分析软件包括允许用户执行的单项或多项测试高度优化的直观用户界面用户可视化的示波器和被测试连接流程迅速配置测试验证电气性能全自动化示波器测试流程为每个测试项目自动设置示波器软件详细的测试报告带有结果、通过/失败信息、测试裕量和测试波形图像配置测试参数和迹线进行调试和表征允许进行的多轮测试验证分析测试结果。以太网一致性测试面临着某些独特的测量挑战100BASE-TX 标准规定每个端口 18 项测试外加 CMRR 及其他测试大量的单独测试一致性测试需要的设置和测量时间长很难获得可重复的测量结果。CTS100自动以太网物理层一致性测试在使用CTS100进行自动化以太网物理层一致性分析时要求最低使用带宽1GHz的示波器1.5GHz有源差分探头进行测试。手动执行所有测试需要耗费大量的工作时间CTS100以太网一致性分析软件提供了自动化执行可以用更少的用户干预执行所有测试。此软件允许选择全部测试或选择任何电接口指标测试用户根据分步流程来配置测试项目由软件自动设置示波器自动完成测试图示化的引导用户执行夹具或探头的切换在夹具、仪器和被测器件之间必须采用正确的布线、探头和连接以获得准确的测试结果。测试完毕后它可以生成一份完整的带有时间标记的测试报告报告包括每项测试的通过/失败结果测试波形截图以及测试表格。Part.2100BASE-Tx一致性测试方案配置示波器优利德高带宽示波器系列带宽范围1GHz-13GHz最高40GSa/s采样率例如MSO8000HD/HDP系列的12位模数转换器为一致性测试提供了最精确的测量数据并以其优良的信号完整性如50mV/div垂直档位下低于800μV的底噪满带宽超过7bit的ENOB150fs RMS低固有抖动有效保障了一致性分析数据的真实和可靠性。MSO8000HDP | 8GHz/CH | 20GSa/s/CHMSO8000HD | 8GHz | 20GSa/s有源差分探头协会要求需使用≥1.5GHz带宽的探头进行一致性分析测试以保证测试结果的正确性。优利德自研有UT-PD4000、UT-PD2500和 UT-PD1500有源差分探头来支持以太网的一致性测试。其中UT-PD4000拥有4GHz带宽UT-PD2500则拥有2.5GHz带宽UT-PD1500则拥有1.5GHz带宽可有效与被测DUT进行连接具备高性价比。测试夹具夹具UT-GBE-FT是配合CTS-ENET-100推出的用于以太网一致性分析所使用的测试夹具支持测试100/1000BASE-T一致性测试夹具划分多个区域每个区域拥有不同的功能可方便地接入信号并且提供多个信号测试点可以准确去除干扰信号。Part.3 100BASE-Tx及物理层模型以太网是当前使用最广泛的计算机网络。2008年前10Mbps以太网如10Base-T在一定程度上满足了当时的网络需求回想一下您当时是否使用的宽带速度是否低于10M再后来100Mbps的以太网快速以太网出现了它被设计在现有的双绞线系统上提供100Mbps的传输速度这相较之前提升了10倍。100BASE-Tx就是快速以太网标准中的一种物理层规范。目前各类以太网命名规则本文讨论的是100BASE-Tx100BASE-Tx采用两对五类非屏蔽双绞线UTP和一类屏蔽双绞线STP作为传输介质。一对用于发送数据另一对用于接收数据通过使用先进的编码技术和信号调制技术如4B/5B 编码和MLT-3多电平传输3编码实现了高效的100Mbps 数据传输。其中100BASE-Tx中的100代表传输速率为100MbpsBASE代表传输方式为基带传输T代表双绞线传输x为同一速率的不同标准区分表示使用两对高质量双绞线一对发送一对接收。RJ45连接器水晶头作为100BASE-Tx/1000BASE-T数据传输接口由于其布线简单成本低廉是使用最广泛的以太网接口。01.100BASE-Tx物理层模型100Base-Tx 物理层分为PCSPhysical Coding Sublayer物理编码子层、PMAPhysical Medium Attachment物理介质附加及PMDPhysical Medium Dependent物理介质相关子层其中PCS负责编码PCS通过MII接口接收100Mbps的码流将每4bit数据编译成5bit 即 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。PMA 对信号进行调整采用 MLT-3 电平调制因此 100Base-Tx 接口信号有三个电平编码遵循NRZ形式。100Base-Tx 接口信号逢“1”产生电平跳变逢“0”时信号保 持不变。此外为了防止连续的“1”对EMI的抑制不利连续过多的“0”导致过多直流成分100Base-Tx 编码中还加入了扰码Scrambling传输数据最最多出现12个“0”。02.MLT-3编码方式NRZ、NRZI编码和MLT-3调制MLT-3即Multi-Level Transmit-3多电平传输码MLT-3跟NRZI非归零反转码有点类似其特点是逢“1”跳变逢“0”保持不变并且编码后不改变信号速率。与NRZI码不同的是MLT-3是双极性码有“1”“0”“-1”三种电平编码后直流成分大大减少可以进行电路传输。编码规则若下一输入为“0”则电平保持不变若下一输入为“1”则产生跳变此时若前一个输出是“1”或“-1”则下一输出为“0”若前一个输出为“0”则信号极性和最近一个非“0”相反。Part.4 100BASE-Tx一致性测试项目及引用规范总览100BASE-Tx一致性测试软件提供以下主要测量100BASE-Tx测试标准采用的是《IEEE802.3-2018》和《ANSI X3.263-1995》。峰值差分电压测试过冲测试AOI模板测试AOI上升/下降时间测试DCD/Jitter测试回波损耗测试后续增加Part.5 100BASE-Tx一致性测试项目及方案细节Peak Voltage Tests峰值差分电压测试根据协会规范要求非屏蔽双绞线UTP差分输出电压幅度应在950mV-1050mV之间标准定义的测试信号当输出信号从0V转换到Vout后获取14bit宽度无电平转换的信号波形该波形每个电平持续时间为14bit*8ns/bit112ns。通常会让被测设备DUT发出MLT-3空闲的波形从中获取12bit12bit*8ns/bit96ns的无跳转脉冲波来代替14bit112ns宽度的脉冲波。峰值差分电压测试又分为差分输出电压Pos、差分输出电压Neg以及信号幅度对称性测试。01.UTP差分输出电压PosUTP差分输出电压Pos测量方法是当Vout信号从0V跳变到Vout后获取信号上升沿50%处向后延伸8ns到信号下降沿50%处之前8ns时间段的波形计算该时间内的平均电压。且信号电压需满足950mV≤Vout≤1050mV此项测试方为判定为Pass否则判定为Fail。规范要求的100BASE-Tx差分输出电压测试定义02.UTP差分输出电压NegUTP差分输出电压Neg测量方法与UTP差分输出电压Pos类似是当Vout信号从0V跳变到-Vout后获取信号下降沿50%处向后延伸8ns到信号上升沿50%处之前8ns时间段的波形计算该时间内的平均电压。且信号电压需满足950mV≤Vout≤ 1050mV此项测试方为判定为Pass否则判定为Fail。03.信号幅度对称性取差分输出电压Pos和差分输出电压Neg结果的绝对值相除获得比率比率需满足0.98≤|Vout|/|-Vout|≤1.02此项测试方为判定为Pass否则为Fail。Overshoot Tests过冲测试过冲测试需要在正脉冲和负脉冲分别进行过冲需要小于平均差分输出电压的5%此项测试方为判断为pass否则为Fail。规范要求的100BASE-Tx过冲测试定义01.过冲正脉宽测试差分输出信号发生电平转换时正脉宽超出基准电压Vout的百分比。取与差分输出电压测试波形相同的波形计算波形Vout*50%处到该点后8ns内的峰值电压Vpeak测量稳定后的峰值电压Vout过冲计算(Vpeak - Vout)/Vout * 100% ≤ 5%若结果≤5%此项测试判断为Pass否则为Fail。02.过冲负脉宽与过冲正脉宽类似。AOI模版测试AOI输出接口模版测试用于验证传输信号是否满足工业标准里的各类项目如抖动、过冲、上升时间和下降时间、信号噪声等。在标准ANSI X3.263里面的附件J中定义了该模板并同时申明了5%的模板几何公差。此项测试中软件需控制模版并尝试找到对以太网眼图波形的最佳匹配如有任何模板违例现象发生则此项测试判定为Fail。为完成本次测试需要被测件发出使用MLT-3编码的空闲模式波形。规范要求的100BASE-Tx眼图模版AOI上升/下降时间测试AOI输出接口上升时间测试依据ANSI X3.263-1995第9.1.6款对DUT的相应时间进行验证。上升时间标准要求上升时间在3ns~5ns之间测试方为Pass。下降时间标准要求下降时间在3ns和5ns之间测试方为Pass。上升和下降时间的最大差值标准要求最大的差别要≤500ps测试方为Pass。此项测试中要求使用与峰值输出电压测试相同的波形。01.AOIVout上升时间测试从0电平到Vout电平上升的时间标准中定义了10%Vout到90%Vout作为测量的上升时间范围。计算方法测量正脉宽上升沿10%Voutt到90%Vout作为测量的上升时间trise需满足标准3.0ns≤trise≤5.0ns。02.AOIVout下降时间测量从Vout电平到0电平下降的时间标准中定义了90%Vout到10%Vout作为测量的下降时间范围。计算方法测量正脉宽下降沿90%Vout到10%Vout作为测量的下降时间tfall需满足标准3.0ns≤ tfall≤5.0ns。03.AOI上升/下降时间对称性测量Vout上升时间和下降时间的差值需满足标准差值≤500ps。04.AOIVout上升时间测量从-Vout电平到0电平上升的时间标准中定义了10%-Vout到90%-Vout作为测量的上升时间范围。计算方法测量负脉宽上升沿10%-Vout到90%Vout作为测量的上升时间trise需满足标准3.0ns≤trise≤5.0ns。05.AOIVout下降时间测量从0电平到-Vout电平下降的时间标准中定义了90%-Vout到10%-Vout作为测量的下降时间范围。计算方法测量负脉宽上升沿90%-Vout到10%Vout作为测量的上升时间tfall需满足标准3.0ns≤tfall≤5.0ns。06.AOI上升/下降时间对称性测量-Vout上升时间和下降时间的差值需满足标准差值≤500ps。07.AOI整体上升/下降时间对称性测量正脉宽和负脉宽中最大上升时间/下降时间和最小上升时间/下降时间差异。需满足标准最大上升时间和最小上升时间差异500ps最大下降时间和最小下降时间差异500ps。DCD/Jitter 测试01.传输抖动测试传输抖动测试基于ANSI X3.263-1995, 第 9.1.9款部分的限制进行抖动峰峰值测试这项测试主要是对因占空比失真及基线漂移引起的总传输抖动进行测量需在波形交叉点建立分布直方图并进行累加统计。对于100BASE-Tx使用的MLT-3信号抖动需要在上半部和下半部的电压交叉点均进行测量。02.传输抖动正脉宽标准定义最大抖动值不得超过1.4ns。为完成此项测试要求被测件发出使用MLT-3编码的空闲模式波形。对于传输抖动测试规范没有要求计算总抖动的边沿和UI数量本次测试采集40000-100000个UI波形测量波形正脉宽的边沿和理想时钟的差距计算出最大差距和最小差距的差值即为峰峰值。03.传输抖动负脉宽与传输抖动正脉宽测试类似测量时取负脉宽边沿测量。04.占空比失真测试占空比失真测试依据ANSI X3.263-1995, 第9.1.8款部分的限值进行该测试以测量高电平和低电平持续时间的差异来衡量信号对称性计算实际交叉点宽度与理论值的最大偏差来判定是否合格此项测试要求对所抓取的平均波形经过Vout/2电压处的时间进行测量。如下图被测设备发出MLT-3的01010101波形选取0V开始的这一序列的波形进行测量计算对应的t1-t0, t2-t1, t3-t2, t2-t0, t3-t1, t3-t0的时间值并将这些值与标准的16ns*n求差值差值需满足标准≤500ps方可判断为Pass。计算如下Txx 1,2,3,4,5,6值如下T1 t1 – t0 – 16nsT2 t2 – t1 – 16nsT3 t3 –t2 – 16nsT4 t2 –t0– 32nsT5 t3 –t1 – 32nsT6 t3 – t0 – 48ns占空比失真Max( T1、T2、T3、T4、T5、T6)要求Max( T1、T2、T3、T4、T5、T6)≤500ps。选型指南优利德100BASE-Tx一致性方案具备高度自动化的测试控制流程以直观的UI界面引导用户完成各项设置和操作生成测试报告。以下是方案详细订购信息。