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1、Ethernet 信号测试方法信号测试方法 一 一 Ethernet 物理层测试物理层测试 1 简介 简介 在 PC 和数据通信等领域中 以太网的应用非常广泛 以太网的技术从 1990 年 10Base T 标准推出以来 发展非常迅速 目前普及的是基于双绞线介质的 10 兆 百兆 千兆以太网 同时 10G 以太网的技术也逐渐开始应用 为了保证不同以太网设备间的互通性 就需要按照规范要求进行响应得一致 性测试 测试所依据的标准主要是 IEEE802 3 和 ANSI X3 263 1995 中的相应章 节 根据不同的信号速率和上升时间 要求的示波器和探头的带宽也不一样 对 于 10Base T
2、100Base Tx 1000Base T 的测试需要 1GHz 带宽 对于 10G 以太网的 测试 由于其标准非常多 如 10GBase CX 10GBase T 10GBase S 等 有的是 电接口 有的是光接口 不同接口的信号速率也不一样 10GBase CX XAUI 10GBase T 的测试至少需要 8G 带宽的实时示波器 10GBase S 等光接口的测试 根据不同速率则需要相应带宽的采样示波器 要进行一致性测试 首先要保证的是测量的重复性 由于以太网信号的摆幅 不大 如 1000Base T 的信号幅度只有 670 820mv XAUI 信号最小摆幅只有 200mv 如果测量
3、仪器噪声比较大 就会造成比较大的测量误差 2 10M 100M 1000M 以太网测试方法以太网测试方法 对于 10M 100M 1000M 以太网的信号测试 可以选择 Agilent 9000 系列示波 器 也可以选择 90000 系列示波器 要进行Ethernet信号的测试 只有示波器是不够的 为了方便地进行以太网 信号的分析 还需要有测试夹具和测试软件 测试夹具的目的是把以太网信号引 出 提供一个标准的测试接口以方便测试 测试夹具的型号是N5395B 下图是 夹具的图示 在 N5395B 测 试 夹 具 上 划 分 了 不 同 的 区 域 可 以 分 别 进 行 10Base T 100
4、Base Tx 1000Base T 的测量 另外还有专门区域可以连接网络 分析仪进行回波损耗的测量 夹具附带的短电缆可以连接夹具和被测件 附 带的小板用于回波损耗的测量时进行网络仪校准 IEEE802 3规 定 了 很 多 以 太 网 信 号 的 参 数 对 于 10Base T 100Base Tx 1000Base T 的电气参数 可以分别参考 IEEE802 3 规 范的 14 25 和 40 节 如果不借助相应的软件 要完全手动进行这些参数的 测量是一件非常烦琐和耗时耗力的工作 为了便于用户完成以太网信号的测 量 Agilent 在 8000 90000 系列的 Infiniium
5、系列示波器上都提供了以太网的 一致性测试软件 N5392A 下图是 N5392A 以太网一致性测试软件提供的测试项目 这个软件的使用也非常简便 用户只需要顺序选择好测试速率 测试项目并 根据提示进行连接 然后运行测试软件即可 下图是一个连接的示意图 软件运行后 示波器会自动设置时基 垂直增益 触发等参数并进行测量 测量结果会汇总成一个 html 格式的测试报告 报告中列出了测试的项目 是否 通过 spec 的要求 实测值 margin 等 如下图所示 值得注意的是 以太网的信号测试并不是用探头搭在正常工作的电缆上 完成的 因为以太网信号属于高速信号 测试必须在信号末端的端接电阻处 做测量 这也
6、就是使用测试夹具的目的 在测试过程中 测试软件会提示用 户把被测设备设置成不同的测试模式以完成不同项目的测试 如千兆以太网 中就规定了 4 种测试模式针对不同的测试 因此用户要能够把自己的被测设 备设置成相应的测试模式 对于千兆以太网的抖动测试来说 规范要求用一根由 5 段不同阻抗部分 组成的电缆模拟传输通道 所以千兆以太网的抖动测试还需要用到 N5396A 抖动测试电缆 下图是测试电缆和对其的要求 另外 对于以太网测试来说 还需要测试被测件的 return loss 也就是回 波损耗 以考量被测件的阻抗匹配情况 Return loss 过大会引起信号反射 失真 串扰等 特别是对于千兆以太网来
7、说 由于其是 4 对电缆同时双向工 作 所以对 return loss 要求更高 以下是千兆以太网对 Return loss 的要求 要进行 Return Loss 的测量 只依靠示波器是不够的 还需要用到网 络分析仪 但是网络仪的使用对于做数字电路的工程师可能不太熟悉 所以 N5392A 测试软件里提供了网络分析仪的控制功能 可以用示波器的主机通 过 GPIB 接口控制网络仪完成 Return Loss 的测试 并能对测试数据进行分析 运算 把测试结果附加到测试报告里 以下是进行 Return Loss 测量的组网 如果要进行1000M 以太网抖动的测试需要增加N5396A抖动测试电缆并 增
8、加一套 1130A E2678A 探头 如果要进行 Return loss 的测试则还需要增加 VNA 和 82357 USB GPIB 适配器 3 XAUI 和和 10GBASE CX 测试方法测试方法 10G以太网常用到的测试项目是XAUI XGMII Extender Sublayer 的测试 从 XAUI 的命名我们可以看出 XAUI 本来是用来扩展 10G 以太网 MAC 和 PHY 层间的 XGMII 接口 由于 XGMII 共有 36 根单端信号 不太适合于较长距 离的信号传输 比如过连接器或背板的情况 XAUI 把 XGMII 接口转换为 8 对 4 收 4 发 3 125G
9、的高速差分线 可以传输最远 50cm 非常适合于构建高速的数 据交换平台 XAUI 数据速率为 3 125Gbps 为了保证高速信号的传输 XAUI 使用差分线提 供双向数据收发 因此可以用比较小的信号摆幅提供更高的传输速率 而且差分 线本身具有更好的抗干扰能力和更小的 EMI 可以支持更长的电缆传输 由于 XAUI 的信号速率比较高 因此要对 XAUI 信号进行可靠的探测 对于示波器和探 头的要求也非常高 通常测量要求使用 8GHz 12GHz 带宽的示波器 Agilent 的 DSA90000 系列示波器由于具有业内最小的底噪声和触发抖动 最 平坦的带内频响特性和很小的 Return Lo
10、ss 因此非常适合于进行象 XAUI 这样 的高速信号的测量 同时 Agilent 的 DSA90000 系列示波器还具有业内最深的存 储深度 每通道的内存可以到 1Gpts 适合用于复杂事件的记录和分析 为了验证 XAUI 的信号质量 通常会要求进行眼图 模板的测试 这就还需 要借助 Agilent 的高速串行数据分析软件 它可以灵活设置 XAUI 时钟恢复所需 要的锁相环形状及带宽 还可以提供 XAUI 信号的眼图和模板测试功能 XAUI 信 号在传输时还会进行 8b 10b 的编码 下图是 XAUI 的眼图测试和 8b 10b 解码的 结果 对于模板测试失败的波形 Agilent的900
11、00示波器还有一个非常独特的功 能 失效bit定位 即可以将模板测试的波形展开 看到造成模板测试的各个特 定的bit 这对于定位问题的原因非常有用 下图是个失效bit定位的例子 高速信号产生问题的原因很多时候都是由于抖动造成的 信号中抖动的成因 是很复杂的的 总的抖动成分 TJ 中包含了确定性抖动 DJ 和随机抖动 RJ 而 DJ 和 RJ 又分别是由很多因素构成 因此 XAUI 的测试中应包含各抖动分量的测量项 目 XAUI 要准确测量 TJ 和 DJ 需要借助于相应的抖动分析软件 下图是用 90000 示波器的 EzJIt Plus 抖动分析软件进行抖动分解的一个测试例子 XAUI 信号的
12、测试依据是 802 3 规范 如果用户只是想快速验证 XAUI 信号是 否符合规范要求 可以选择 Agilent 的 N5431A XAUI 的一致性测试软件 其使用 方法和步骤和以太网测试软件 N5395B 类似 主要针对 XAUI 信号质量测试 测试 完成后也可以直接生成测试报告 10G 以太网中一种常见的标准是 10GBase CX 其信号电气特性参考的是 XAUI 标准 物理连接参考的是 InfiniBand 4x 标准 Agilent 的 N5431A 软件同样也 可以针对 10GBase CX 做一致性测试 4 基于双绞线的基于双绞线的 10GBASE T 测试方法测试方法 对于
13、10GBASE T 信号的测试 即用双绞线做传输介质的 10G 以太网方案 Agilent 也推出了目前业界唯一的一致性测试方案 由于 10GBASE T 的测试涉及 到信号质量测试 频谱测试和回波损耗测试 所以需要多台仪器配合才能完成相 关工作 以下是一个测试的组网图 10GBASE T 测试中测试夹具U7237A用于把4对10GBASE T差分信号引出 U7236A 安装在示波器上 完成测试项目的设置和自动的一致性测试 并可以控 制频谱仪或网络仪完成频谱 回损等的测试 其使用和测试方法和前面介绍的 10M 100M 1000M 以太网方法类似 只是信号速率更高 测试项目和测试标准不 太一样 5 基于光接口的 基于光接口的 10GE 信号的测试信号的测试 对于一些采用光纤连接的 10G 以太网标准来说 如 10GBase S 10GBase LX4 等 通常要测试其光信号的输出功率 消光比 信号眼图 接收灵敏度 误码率 等指标 这些测试需要使用误码仪 光电模块 光衰减器 采样示波器等仪器 以下是进行 10GBase S 接收机压力测试的一个例子
