详解10M/100M/1000M以太网接口物理层一致性测试

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。他们成功地用一个网络实现了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。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。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，其传输速率也从最初的10M发展到100M、1000M、10G、100G、到现在的400G以太网。

IEEE802.3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；
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–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；
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

编码方式：Manchester 编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”， “1”=由“-”跳变到“+”，因为不论是“0”还是“1”，都有跳变，因此总体来说，信号是DC平衡的，且接收端容易从信号的跳变周期中恢复出时钟。

100Base-T

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，4B/5B变换。因此，100Base-TX接口在外部的速率为125Mbps，一个UI是8ns。PMA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会有2个“眼睛”。

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，从而实现1000Mbps速率。

如果要测1000Base-T接口的眼图的话，5个电平，眼图应该是这样的。

10M/100M/1000M以太网物理层测试

下面是10M/100M/1000M以太网的相同点和不同点：

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。

下图是以太网测试连接框图。

10Base-T以太网接口测试项目

主要测试项目：链路脉冲（带和不带 TPM）、TP_IDL（带和不带 TPM）、MAU 模板、谐波、共模电压、差分电压、抖动、回波损耗。

100Base-T以太网接口测试项目

主要测试项目：AOI 模板、上升时间、下降时间、上升/下降时间对称性、差分输出电压、幅度对称性、波形过冲、占空比失真、抖动、回波损耗。

1000Base-T以太网接口测试项目

主要测试项目：带和不带干扰：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、顶降 G、顶降 J、失真（带或不带时钟，主抖动 - 经过滤波和未经滤波（带和不带时钟），从抖动 - 经过滤波和未经滤波（带和不带时钟），共模电压，回波损耗。

以太网回波损耗测试

以太网接口一致性测试还需要进行回波损耗Return Loss的测试，验证DUT的阻抗匹配情况。回波损耗太大会引起信号反射、失真、串扰等问题，特别是对于1000M以太网，由于4对电缆同时双向工作，所以对回波损耗要求会更高。

要进行回波损耗Return Loss的测量，除了需要一台示波器，还需利用VNA网络分析仪、或AFG或AWG信号发生器才能完成回波损耗的测试，示波器上的以太网一致性测试软件通过USB接口或网口控制AFG或AWG完成回波损耗Return Loss自动测试。在做回波损耗测试之前一定要利用校准件分别做Open、Short、Load校准，下图是回波损耗测试连接框图。

10M/100M/1000M以太网测试模式配置

IEEE 802.3ab规定：做10M/100M/1000M以太网接口物理层一致性测试，需要配置寄存器可令DUT进入4种不同的测试模式才能完成测试。

10M/100M/1000M以太网眼图模板测试结果

下面分别是10M、100M、1000M以太网眼图模板测试结果。

100M/1000M以太网测试报告

10M/100M/1000M以太网测试参考配置

Item	10M/100M/1000M以太网
示波器带宽	1GHz带宽或以上
软件选件	以太网一致性测试软件
探头	1GHz 带宽差分探头
夹具	以太网夹具
信号源或矢网	AFG/AWG/VNA

总结

利用实时示波器、差分探头、自动化软件、夹具、AFG配合，实现了10M/100M/1000M以太网接口物理层一致性测试，提高了测试效率，从而帮助工程师快速验证产品，加速产品市场化的过程。

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