一、10G以太网的市场趋势

       随着云计算、物联网、高清视频流等应用的普及，数据流量呈现指数级增长。WiFi速率不断提升，从早期的802.11b到如今的WiFi 6甚至WiFi 7标准的逐步推广，无线网络传输速度已大幅提升，使得无线设备能够更快地处理和传输数据。这一发展对有线网络提出了更高的挑战，特别是在接入层。10G以太网接口不仅能为高速无线网络提供稳定的回程连接，还能确保网络核心的高性能与低延迟，它在适应和支撑先进WiFi技术的同时，也成为了网络基础设施升级中的必然趋势。

二、10GBase-T的特性与测试挑战

       10GBase-T是IEEE在2006年推出的10G以太网标准802.3an。它和之前的1000Base-T的实现方法类似，仍然是RJ-45网络接口，采用四个差分对同时双向数据传输，但传输的总速率10Gbps，每对线的速率高达2.5Gbps。

       1000M Base-T采用PAM-5脉冲幅度调制，而10G Base-T采用更高阶的PAM-16， 脉冲电压幅度被分为16级电平，每个电压幅度称为1个Symbol，可以表示4个bit的信息，平均下来其中3.125bit是有效数据，另外的0.875bit用于辅助和校验等。然而，这种调制方式虽然将每对差分线上的传输速率大幅降低为800M Sym/s，但我们用示波器观察线路上的信号，看起来却是不规则的类似于噪音的波形。

如何保证10G以太网接口稳定可靠传送信号？

我们知道100Base-T用眼图、1000Base-T用脉冲模板来表征信号的质量，但对于类似于噪音的10GBase-T信号，传统的眼图方法已经不太合适，因此10GBase-T的物理层一致性测试定义了一些新的测试项目，除了传统的时域波形参数测试，还有频域的测试项目。全套测试设备除了主要使用的示波器，还需要用到频谱仪和矢量网络分析仪。

三、10G Base-T以太网测试方案

      鉴于10GBase-T每对差分线800MSymbols/s的传输速率，至少需要采用整体带宽2GHz以上的示波器测试系统。各测试项中用到的测试设备要求如下：

典型配置如下：

示波器：RTO64主机+RTO6-B92(2G带宽选件)

一致性测试软件：ScopeSuite (免费下载)

功能选件：RTO6-K23（兼容2.5G/5G/10G以太网测试的License）

夹具：RT-ZF2 （兼容10/100/1000M、以及2.5G/5G/10G以太网）

差分探头：RT-ZD30  3GHz带宽差分探头

频谱仪：FSVA3030+同轴线缆

矢量网络分析仪：ZND+ZV-Z192同轴线缆

      界面友好的ScopeSuite一致性测试软件，提供了Step by Step引导式设置指南，就算是新手也可以在设置步骤提示和参考图片指引下，顺畅完成测试过程。

四、10G以太网测试项目简介

1、MAX输出电压跌落（IEEE standard 802.3an, subclause 55.5.3.1） 。测试连接图如下：

       DUT（待测设备） 设置为Test Mode 6，此时DUT 网口在所有四个发射器上连续传送 128个 PAM16中的+16 Symbol，接着传送128个 -16 Symbol，用示波器观察到的是类似于方波的信号。

    示波器首先测量正跳变沿之后10ns和90ns处的电压比，确保电压跌落不超过10%。

     示波器然后测量负跳变沿之后10ns和90ns处的电压比，确保电压跌落不超过10%。

2、发射机线性度

     发射机线性度（55.5.3.2）。首先进行示波器对频谱仪的程控连接设置，示波器和频谱仪在同一个网段即可。

DUT测试连接图如下：

       DUT设置为Test Mode4，并依次让10G网口发射器输出5组双音信号。示波器的scopesuite一致性测试软件作为控制机，程控频谱分析仪测量每个音调和1~400MHz范围内几个互调频点的幅度，然后计算无杂散动态范围 SFDR，并验证SFDR是否大于以下公式给出的值：

       公式中f 是每组两个单音信号的MAX频率（单位为 MHz）。

       如果想知道双音信号在示波器上是什么表现，请参考以下Dual Tone 1波形。

       例如某10G网口发射器的测试结果，五组双音测试全通过，以下为测试报告截图：

       其中对于第五组双音信号Dual Tone5测试，FSVA频谱仪实测过程截图如下：

        图中M3频点其实就是三阶互调产物2f2-f1 =2*313.281-310.156=316.406 MHz的实际测试值316.403MHz，SFDR=-6.16-(-67.18)=61.02 dB 。

3、Master模式下抖动与时钟频率

     Master模式下抖动与时钟频率（55.5.3.3与55.5.3.5）测试连接图如下，

。

       DUT设置为Test Mode 2，DUT发出连续的两个幅度编码为+16 和两个幅度编码为-16 的symbol，在800M Sym/s的符号速率下它相当于200MHz的时钟，用示波器观察的信号波形如下。

      RMS周期抖动通过计算此波形的各个边沿位置来得到。要通过测试，测试值必须小于 5.5 ps。同时示波器也会进行频率测量，并确定发射器的时钟频率是否在800MHz+/-50ppm范围内, 例如以下测试报告截图：

4、Slave模式下发射机定时抖动

     Slave模式下发射机定时抖动（55.5.3.3）测试连接图如下：

        这里需要用到1个用于测试对接的良好质量Master 设备。下图中蓝色网线连接Master, 黄色网线连接Slave 模式的DUT。

        DUT设置为Slave模式Test Mode 3。对接的Master 设备设置为Test Mode 1，也就是将 PMA 伪随机训练码型 (PRBS 33，如下图) 传输到 A、B 和 C 差分线对上的 Slave PHY。 

       而 Slave 设备必须将其传输时钟与从 Master PHY 接收到的信号同步，并从Slave PHY MDI 输出200MHz slave时钟。示波器用差分探头在 Slave PHY MDI 输出处捕获到该时钟波形，如下图：

       测试软件将捕获到的200MHz时钟数据通过中心频率 200 MHz、带宽为 2 MHz 的带通滤波器进行滤波，然后计算 RMS 周期抖动。要通过测试，抖动必须小于 5.5 ps。例如以下测试报告截图：

5、发射机功率谱密度和功率电平

     发射机功率谱密度和功率电平（55.5.3.4）测试连接图如下，和MAX输出电压跌落、Master模式下抖动与时钟频率测试连接方法一样。

       DUT设置为Test Mode 5，即工作在正常的信号发送模式。

       由于正常发送的10G Base-T是类似于噪声的信号，从时域分析比较困难，对功率的衡量主要是从频域测试。这项测试验证 DUT 在 0 至 3 GHz 频率范围内的发射机功率谱密度是否在规范第 126.5.3.4 节规定的上限和下限之间，它还验证 DUT 的发射机功率水平是否在 3.2 dBm 和 5.2 dBm 之间。

       实际执行中Scopesuite一致性分析软件使用示波器自身的 FFT 变换和数学运算测量输入信号的功率水平，它还对 0 GHz 至 3 GHz 范围内的信号执行一些平均和数学运算来绘制 PSD 曲线，并检查它是否在限制模板内。

      例如以下从测试报告中的结果截图：

6、MDI接口回波损耗（55.8.2.1）

     由于10GBase-T信号在4对差分线上同时进行信号的收发，因此对于信号的反射非常敏感。符合 IEEE 802.3an 标准的 10GBASE-T 设备上的 MDI 接口理想情况下应具有 100 Ω的差分阻抗。MDI 的阻抗与连接器、电缆的阻抗之间的任何差异都会导致传输信号的反射。由于阻抗永远不可能精准地达到 100 Ω，并且终端阻抗随频率而变化，因此必须允许一定量的反射。

     回波损耗是用于阻抗不匹配而反射的信号功率的一种量度方法。802.3an 规定，在 1.0 至 40MHz 的范围内，MDI 的反射功率必须至少比入射功率低 16 dB。回波损耗在 40 至 500MHz 之间必须低于16 – 10*log10(f /40) dB（f 以 MHz 为单位）。

     DUT设置为Test Mode 5 ，即工作在正常的信号发送模式。

       示波器上的Scopesuite测试软件，通过网口程控矢量网络分析仪对DUT的发射端口进行回波损耗测试。

步骤一

矢网的程控连接设置

示波器对矢网的程控连接设置，示波器和矢网在同一个网段即可。

步骤二 

矢网的校准

       示波器Scopesuite 软件提示依次连接RT-ZF2自带的校准板的Open-Short-Match进行校准。按照软件的步骤指引，很快可以完成校准过程。

步骤三 

MDI接口回波损耗测试校

准完毕之后，软件提示将RT-ZF2夹具的回波损耗部分和DUT网口采用短网线连接。

       点击Next，很快得到回波损耗测试结果，如以下测试报告截图：

五、2.5GBase-T与5GBase-T测试

       现在大多数企业以太网传输标准主要还是1000Base-T，使用的传输线为CAT5e和CAT6网线。但10GBase-T需要使用UTP CAT6a线缆进行传输，无法很好地兼容已有的传 输网路，要升级的话，成本相对比较高，如何实现既要提速又要低成本?

       2016年IEEE协会正式发布了IEEE 802.3bz标准。基于现有的CAT5e 和CAT6 传输线标准，在原来1000Base-T 和10GBase-T中间，多了2.5Gbps和5Gbps的速率来兼容现有的千兆传输网络。

       2.5GBase-T提供2.5Gbit/s数据传输率，4对线，每对速率625Mbps。5GBase-T提供5Gbit/s数据传输率，4对线，每对速率1.25Gbps。与10GBase-T一样，他们都采用PAM-16编码，2.5GBase-T的符号速率为200M Sym/s， 5GBase-T的符号速率为400M Sym/s。

       由于其采用的技术与10GBase-T类似，测试夹具、差分探头和测试软件也可以共用，测试方法也可以大致参考，此处不再详细描述。