一、百兆以太网一致性测试及发包设置

     以太网是在当前诸多电子设备中使用的通用设备接口。目前其速率包含有10M、100M、1000M及10G。其中100M以太网在嵌入式解决方案中是常见的。100M以太网又叫快速以太网(fast Ethernet),其规范10 OBase-T(即EEE802.3u)在1995年正式通过，是对EEE802.3的补充。

     100Base-T包含4个不同的物理层规范，100Base-TX是100Base-T中使用广的物理层规范。它使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，对用于发送数据，另一对用于接收数据。编码采用4B/5B编码法，使其能够以125MHz的串行数据流来传送数据，并借助MLT-3（三电平传输)波形来降低信号频率到33.3MbpS。

      另外，在100Base-T问世以后，在以太网连接器上可能出现的信号会是以下5种信号中的任意一种，包括10Base-T、10base-T全双工、100base-TX、100Base-TX全双工或100Base-T4。为此，IEEE推出了自动协商模式，它能使集线器和网卡知道线路另一端能有的速度，通过协商把速度调节到线路两端能达到的高速度。这种技术避免了由于信号不兼容可能造成的网络故障。同时具有这种特性的设备仍允许人工选择可能的模式。

图1 典型的以太网100BASE-T眼图

二、百兆以太网测试项目

     以太网一致性测试是由IEEE和ANSI标准规定。相较于USB,以太网并没有官方组织来为一致性测试结果进行认证并颁发认证证书。但在以太网设备的开发过程中进行以太网一致性测试仍然是很常见的，它是设备间互操作性能的保证。其中100 MBase-T的一致性测试一般包含以下项目：幅度测试、时域测试、抖动测试和眼图模板测试等项目。

三、幅度测试

     幅度测试主要依据ANSI X3.263标准的9.1.2.2,9.1.3和9.1.4要求的一致性限制规范对被测件(DUT)的差分电压、波形过冲和幅度对称性进行测试评估。

1、差分输出电压

     此项需要测量以太网差分输出波形的正脉冲和负脉冲的平均幅值。该项测量是在一个平均之后的波形上进行的。标准定义电压幅值的限值在950-1050mV之间。

2、信号幅度对称性

     计算平均正幅值和负幅值的比值。标准要求这个比值应该在0.98到1.02之间。

3、波形过冲

     过冲测量需要在正脉冲和负脉冲中分别进行。过冲需要小于平均差分输出电压的5%。在这些项目的测试中，被测设备须发出包含12或14比特宽度的波形信号，如图2所示。该波形每个电平所持续宽度为14比特位（14bit×8ns/bit=112ns),波形幅度峰峰值约2倍的Vout。

四、上升和下降时间

       上升和下降时间测试主要依据ANSI X3.263标准中的9.1.6部分对DUT的相应时间进行验证。

1、上升时间

      标准要求上升时间在3ns和5ns之间。

2、下降时间

      标准要求下降时间在3ns和5ns之间。

3、上升和下降时间的MAX差值

      标准要求MAX的差别要小于500ps。

      此测试中，要求使用的波形前面幅度测试要求中的一致，如图2所示。

图2 进行幅度和上升下降时间项目测试所需的波形

五、峰峰值占空比失真(Peak topeak cycle distortion）测试

       峰峰值占空比失真测试验证依据ANSI X3.263标准的9.1.8部分的限值进行。这个测试要求对所抓取的平均波形经过Vut/2电压处的时间进行测量，如图3所示。

图3 占空比失真测试

之后按以下公式计算波形的峰峰值占空比失真：

       计算Tx值：

T1=t2-t1-16ns

T2=t3-t2-16ns

T3=t4-t3-16ns

T4=t3-t1-32ns

T5=t4-t2-32ns

T6=t4-t1-48ns

      峰峰值占空比失真=Max(T1、T2、T3、T4、T5、T6).

      标准要求MAX的峰峰值占空比失真要小于500ps。为了完成该项测试，要求被测件发出三电平编码的类时钟波形，如图4所示。

图4 进行峰峰值占空比失真项目测试所需的波形

六、峰峰值抖动测试

      蜂峰值抖动测试是基于ANSIX3.263标准的9.19部分的限值进行总抖动的测试。这项测试主要是对因占空比失真及基线漂移所引起的总传输抖动进行测量。测量时须在波形交叉

点建立分布直方图并进行累加统计。峰峰值抖动从直方图尾部的Mimi和MAX抖动值中推倒出来的。由于波形是一个三电平信号，因此抖动需要在上半部和下半部的电压交叉点均进行测量。

      标准定义了MAX的抖动值不得超过1.4ns。为了完成该项测试，要求被测件发出使用MLT一3编码的空闲模式波形(Idle PatternWaveform),如图5所示。实际情况中，空闲模式波形中同样包含前面所提到的两种特征波形，通过示波器设置适当的触发方式也能够从中抓取特定波形用于测量分析。

七、输出接口模板（以太网眼图测试)

       输出接口模板测试用于验证传输的信号满足工业标准里面的各类项目，如抖动、过冲、上升时间和下降时间等。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，软件需要控制模板并尝试找到对以太网眼图波形的佳匹配。如有任何模板违规事件发生，则该次测试失败。眼图模板测试会对正向和负向波形分别进行匹配测试。典型的以太网眼图测试如图1所示。

       为了完成该项测试，同样要求被测件发出使用MLT-3编码的Idle扰码波形，如图5所示。

图5 MLT-3编码的ldle扰码波形

八、百兆以太网测试配置及发包控制

      为了完成100M以太网的一致性分析测试，除相应的示波器和探头外一般还需要准备好以下3种工具：以太网一致性测试分析软件、以太网测试夹具及100 MBase-T发包工具。

1、以太网一致性测试分析软件R&S的以太网测试解决方案根据IEEE和ANSI测试规范提供自动化测试解决方案。其中Scope Suit(RTO-K22)软件可控制RTO示波器并通过图示一步一步地指引用户完成整个测量过程，可配置的测试报告记录了整个测量结果，包括测试数值结果及示波器屏幕截图。RTO-K22可对示波器抓取到的波形依据标准进行全方位的分析和验证，并对测试结果快速地进行合格/不合格的测试判断，其测试内容包括前面介绍的所有项目：

（1）模板测试：包含脉冲模板、眼图模板等测试；

（2）幅度测试：包含峰值或峰值幅度、过冲、共模电压和正/负脉冲对称度等参数测试：

（3）时域测试：主要进行定时参数测试，包含上升/下降时间以及上升时间和下降时间之差或对称度；

（4）抖动测试：使用规定的测试码型，量化信号边沿的定时变化：

（5）回波损耗测试：测试反射信号相对于入射信号的Mimi衰减量（此项需要用到矢量网络分析仪，这里未做介绍)。

2、以太网一致性测试夹具

     在各种一致性测试中均要求提供一个合适的夹具来连接被测件(DUT)和示波器。测试夹具能够根据标准要求通过一定的电路和阻抗匹配，在为DUT提供合适的接口的同时为探头提供合适的放置点。R&SRT-ZF2以太网一致性测试夹具是目前市面上唯 一同时支持10/100/1 000Base-T10GBase-T的以太网测试夹具。能够为后续的测

试升级节省成本和保证顺利过渡。其中每个测试功能模块均提供清晰描述，方便工程师测试时区分选用。

图6 R&S RT-ZF2以太网一致性测试夹具

3、发包控制

     在前面介绍的以太网各项测试中，标准对各项测试的波形有明确的要求。要求DUT根据被测项目提供对应的波形以供测试。如何让DUT根据要求发出测试包以供测试，目前有2种发包方法：

1、主动控制发包

         对于Intel、Broadcom等网卡芯片，可以通过修改相关寄存器或使用芯片厂商提供的发包工具控制发包。如使用Intel芯片的网卡，只要能够运行DOS操作系统（或Windows命令行程序)即可使用一款叫”QuartzvilleTools”的工具程序修改芯片的寄存器来控制DUT发出对应的波形进行测试。

         操作控制方法极为简单，只需要进入100M测试菜单(TEEE100MbpSTest Menu)根据测i试项所对应的标准编号，选择相应的波形并回车即可。

图7 Quartzville Tools 100M以太网发包控制界面

2、被动诱导发包

        主动发包具有直观的操作界面，但其应用对象具有明显的局限性。当DUT无法运行DOS或这windows系统时，则无法控制发包。这则需要使用诱导发包的方法引导DUT发出空闲模式波形后进行测试。

       这里需要将某PC(或RTO示波器)配置为百兆全/半双工，然后将配置好的以太网口的1、2发送线连到DUT的3、6接收线，并将DUT的1、2发送线通过RT一ZF2夹具和探头连接到示波器中进行采集即可，连接配置如图8所示。

图8 百兆以太网诱导发包连接设置

       上述连接中，为了能够获得DUT返回的可用于百兆以太网测试的波形，这里使用到了前面介绍的自动协商模式。使用一台PC或示波器的以太网口用于诱导发包。通过设置，让该网口发出100M的空闲模式波形，从而使得具有自动协商能力的DUT网口在检测到该波形后，将自己也配置为100M模式，同时开始返回同样的空闲模式波形。

       需要指出的是，对于一部分的PC网卡，当被强制配置为百兆全/半双工之后，会一直发送4B/5B编码的空闲模式波形，从而迫使DUT也返回同样的波形。然而，也有部分PC网卡当被设置为百兆全/半双工之后，不具备主动发出百兆空闲模式波形的能力，从而也就无法诱导DUT返回相对应的波形。这就需要借用"QuartzvilleTools'"来强制用于诱导发包的PC网卡来主动发出100M的空闲模式波形。

       为了实现以上连接，我们需要对以太网测试夹具RT一ZF2进行一定的调整。这里需要对RT-ZF2的”Twisted Pair Model”模块（如图9)做如下配置来实现图8的连接。

（1）连接DUT到X200

（2）将PC或示波器网口接到X203

（3）去掉X206上的跳线针

（4）S201打到100R档（向右）

（5）S204打到“w/oTPM”档(向左)》

（6）S200打到“w/oTPM”档(向右)

（7）连接差分探头到X202(差分正朝上)

（8）设置主控PC为百兆全双工100Mbps Full Duplex)

（9）运行Scope Suite,I00BaseTx部分测试，一路Next即可。

图9 RT-ZF2”Twisted Pair Model”模块

        当连接设置成功后，通过示波器屏幕我们能够轻松观察到由DUT返回的波形，如图12。该波形包含了100Base-Tx测试所需的所有波形。测试中，RTO-K22会控制RTO示波器

自动设置合适的触发方式将波形抓取并进行相应的分析。

图12 DUT被诱导返回的扰码波形

图13 DUT被诱导返回的扰码波形展开图