千兆以太網(wǎng)電氣一致性分析解決方案。隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)作為關(guān)鍵的通信技術(shù)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。工業(yè)以太網(wǎng)一致性測(cè)試的背景源于多方面的需求和挑戰(zhàn)。

        一方面，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求高。不同廠家生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備若不能遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，將可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤、延遲甚至中斷，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量。另一方面，隨著工業(yè)以太網(wǎng)的不斷演進(jìn)，其速率從起初的較低水平逐漸提升至千兆甚至更高，新的技術(shù)和編碼方式不斷涌現(xiàn)。這使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜性大幅增加，對(duì)其性能和兼容性的要求也更為嚴(yán)格。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的互聯(lián)互通，確保工業(yè)以太網(wǎng)在各種復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行一致性測(cè)試，以驗(yàn)證其是否符合特定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

         因此，為了確保以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)能夠可靠傳輸，保障工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，作為底層的結(jié)構(gòu)，物理層的一致性驗(yàn)證很重要。

一、難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

        無(wú)論是100BASE-TX還是1000BASE-T的測(cè)試，都涉及到多臺(tái)設(shè)備協(xié)同工作。這對(duì)于產(chǎn)品的相互控制進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)的配置和數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都有了更高的要求，對(duì)于公司的產(chǎn)品豐富度也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

        對(duì)于自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用，能夠穩(wěn)定地自動(dòng)捕獲信號(hào)是一大挑戰(zhàn)，我們根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建了自動(dòng)化、重復(fù)性強(qiáng)的一致性測(cè)試程序。這些一致性測(cè)試軟件可以根據(jù)IEEE/OPEN Alliance規(guī)范自動(dòng)執(zhí)行物理層測(cè)試。

工業(yè)以太網(wǎng)一致性測(cè)試常見(jiàn)測(cè)試項(xiàng)：

1、基本的一致性測(cè)試

2、回波損耗測(cè)試

3、失真測(cè)試（1000Base-T）

二、 千兆以太網(wǎng)電氣一致性分析解決方案

（一）工業(yè)以太網(wǎng)物理層驗(yàn)證概述

       工業(yè)以太網(wǎng)電氣一致性分析解決方案可以自動(dòng)化進(jìn)行百兆、千兆以太網(wǎng)電氣測(cè)試，從而節(jié)省寶貴的測(cè)試和驗(yàn)證時(shí)間。

       在執(zhí)行以太網(wǎng)一致性測(cè)試時(shí)，如何正確搭建環(huán)境、被測(cè)件（DUT:Device under test）應(yīng)該發(fā)出什么樣的測(cè)試波形。怎么通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)中給出的極限值對(duì)比來(lái)分析測(cè)量結(jié)果，這些都是需要解決的問(wèn)題。SDS7000A-CT-100BASE-TX/SDS7000A-CT-1000BASE-T能夠幫助和引導(dǎo)您完成其中大部分操作。

       不管是百兆以太網(wǎng)還是千兆以太網(wǎng)，對(duì)于一致性測(cè)試的各項(xiàng)測(cè)試波形都有明確的要求。要求被測(cè)設(shè)備根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目提供對(duì)應(yīng)的波形以供測(cè)試。對(duì)于各類主流的網(wǎng)卡芯片，可以通過(guò)修改相關(guān)寄存器，或者使用芯片廠商提供的發(fā)包工具來(lái)主動(dòng)發(fā)包，來(lái)控制被測(cè)設(shè)備發(fā)出對(duì)應(yīng)的波形進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完畢退出測(cè)試模式即可。

        主動(dòng)發(fā)包具有主觀的操作界面，但其應(yīng)用對(duì)象具有明顯的局限性。在百兆以太網(wǎng)的測(cè)試中，當(dāng)DUT無(wú)法運(yùn)行DOS或Windows系統(tǒng)時(shí)，或者測(cè)試者不方便配置DUT進(jìn)入測(cè)試模式下，則無(wú)法控制發(fā)包。這時(shí)則需要使用誘導(dǎo)發(fā)包的方法來(lái)引導(dǎo)DUT發(fā)出空閑（IDLE）模式波形后進(jìn)行測(cè)試。

        誘導(dǎo)發(fā)包利用的是100 Base-TX的自協(xié)商模式，它需要一臺(tái)Link Partner設(shè)備。首先將 Link partner 的網(wǎng)卡配置為百兆全/半雙工，或主動(dòng)發(fā)送100M空閑模式波形，然后將配置好的Link Partner的以太網(wǎng)口的Tx（發(fā)送）信號(hào)連到DUT的Rx（接收）信號(hào)線。

        當(dāng)DUT接收到100M空閑模式波形后會(huì)返回同樣的波形，此時(shí)將DUT的Tx發(fā)送信號(hào)通過(guò)測(cè)試夾具送到示波器中進(jìn)行測(cè)試即可。對(duì)于SDS7000A而言，我們可以配置示波器的下網(wǎng)口作為誘導(dǎo)發(fā)包的Link Partner設(shè)備，從而更方便地誘導(dǎo)發(fā)包。

（二）測(cè)試項(xiàng)目

（三）測(cè)試步驟

第一步，選擇配置。如果有之前保存過(guò)的配置，可以在這里進(jìn)行調(diào)出，也可以采用上一次測(cè)試時(shí)使用的配置來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

第二步，選擇要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)?？梢赃x擇同一協(xié)議測(cè)試中的全部測(cè)試項(xiàng)，也可以指定單個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。也可以將測(cè)試和配置保存為配置文件以便之后重新調(diào)用，這樣有助于提升測(cè)試速度，也有助于驗(yàn)證之前的測(cè)試結(jié)果。

        然后需要對(duì)每一個(gè)需要測(cè)試的測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)置，來(lái)確定信源和對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法。例如在100BASE-TX的上升下降時(shí)間的測(cè)試中，我們要選擇對(duì)應(yīng)的脈寬；在1000Base-T的測(cè)試中，我們需要選擇測(cè)試的時(shí)間，從而控制平均次數(shù)。

第三步，配置被測(cè)物進(jìn)入相應(yīng)的測(cè)試模式，發(fā)送特定的信號(hào)。對(duì)于百兆以太網(wǎng)，只有一種測(cè)試模式，對(duì)于千兆以太網(wǎng)，不同測(cè)試項(xiàng)對(duì)應(yīng)的測(cè)試模式如下表所示：

1000BASE-T測(cè)試模式對(duì)應(yīng)表

第四步，根據(jù)接線圖搭建測(cè)試環(huán)境。一致性測(cè)試支持使用差分探頭和SMA進(jìn)行測(cè)試并且搭配有不同的連接方式指引，可以滿足更豐富的測(cè)試環(huán)境。連接圖中包括了DUT、線纜以及在不同測(cè)試項(xiàng)中使用到的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等儀器。當(dāng)同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試需要更改連線時(shí)，連接方式會(huì)以彈窗的形式彈出提示更改連線和測(cè)試模式并顯示相關(guān)的連接圖。

第五步，查看結(jié)果并生成報(bào)告。在完成測(cè)量和計(jì)算后，示波器將會(huì)將計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)，不僅顯示被測(cè)件在特定的測(cè)試中是否合格（pass/fail），還給出了該產(chǎn)品超出或者距離合格標(biāo)準(zhǔn)的余量?？梢詫y(cè)試報(bào)告以HTML或者XML的格式導(dǎo)出，報(bào)告中會(huì)記錄每項(xiàng)測(cè)試的細(xì)節(jié)，包括峰峰值、標(biāo)準(zhǔn)差、統(tǒng)計(jì)次數(shù)和平均值。

（四）測(cè)試難點(diǎn)

1、測(cè)試環(huán)境搭建

      以太網(wǎng)一致性測(cè)試一般都離不開(kāi)測(cè)試夾具，夾具主要將線束中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以通過(guò)探頭或測(cè)試線纜輸入至示波器的信號(hào)。在不同的測(cè)試項(xiàng)目總需要正確連接夾具、被測(cè)物和示波器。如果每一次都去根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)配置環(huán)境，不僅效率很低，測(cè)試的正確率和可復(fù)現(xiàn)性也不能保證。

        一致性測(cè)試軟件和夾具很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。在每一項(xiàng)測(cè)試開(kāi)始前，都會(huì)提示測(cè)試時(shí)夾具、示波器和被測(cè)物之間的連接方式，并且在測(cè)試中自動(dòng)配置好觸發(fā)模式、光標(biāo)、測(cè)量項(xiàng)等設(shè)置。

2、干擾測(cè)試

      在千兆工業(yè)以太網(wǎng)一致性測(cè)試中，涉及到許多關(guān)于干擾的測(cè)試項(xiàng)，需要我們手動(dòng)將干擾信號(hào)添加到傳輸線的信號(hào)中。

      使用夾具，在測(cè)試前需要先對(duì)輸入的信號(hào)源進(jìn)行校準(zhǔn)，由于經(jīng)過(guò)了夾具，添加到信號(hào)中的干擾和信號(hào)源輸出的信號(hào)不同，所以需要根據(jù)示波器上接收到的信號(hào)對(duì)信號(hào)源進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)際上，信號(hào)源輸出的信號(hào)往往大于示波器接收到的信號(hào)，同樣的，在測(cè)試的過(guò)程中示波器接收到的測(cè)試模式的信號(hào)也會(huì)在這個(gè)鏈路中進(jìn)行衰減，由于測(cè)得的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)差，失真也會(huì)和信號(hào)一起衰減。

       在進(jìn)行傳輸失真測(cè)試的過(guò)程中，示波器會(huì)先去除干擾信號(hào)、補(bǔ)償測(cè)試夾具的損耗、對(duì)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)2MHz的高通濾波器進(jìn)行濾波，然后再提取DUT的傳輸時(shí)鐘，根據(jù)傳輸時(shí)鐘分離數(shù)據(jù)碼元，計(jì)算得到每個(gè)碼元的傳輸失真值后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定的算法得到DUT的傳輸失真值。失真的限制很小（limit< 10mV），使該項(xiàng)測(cè)試通過(guò)變得更加困難。

3、回波損耗測(cè)試

      工業(yè)以太網(wǎng)一致性測(cè)試需要進(jìn)行回波損耗測(cè)試。該項(xiàng)測(cè)試需要用到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，一致性測(cè)試軟件支持示波器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。此測(cè)試項(xiàng)主要是驗(yàn)證在MDI接口處因阻抗不連續(xù)造成的信號(hào)反射是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，所以測(cè)試夾具和被測(cè)樣件之間的“鏈路"的品質(zhì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響很大。

（五）其他層級(jí)的測(cè)試

         實(shí)際上，示波器作為電子工程師的眼睛，不只是物理層一致性測(cè)試，其他的很多層面也可以進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。比如有時(shí)我們需要對(duì)鏈路層的脈沖進(jìn)行測(cè)試，可以繪制對(duì)應(yīng)的模板來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

三、配置指南

        SDS7000A-CT-100BASE-TX/SDS7000A-CT-1000BASE-T目前僅支持SDS7000A系列示波器，根據(jù)不同的測(cè)試需求需要使用額外的選件。下表列出了規(guī)范要求，同時(shí)列出了該類測(cè)試提供的相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器。

（一）符合100BASE-TX標(biāo)準(zhǔn)的配置訂單實(shí)例：

1、高分辨率數(shù)字示波器

2、百兆以太網(wǎng)一致性測(cè)試選件（軟件)

3、以太網(wǎng)測(cè)試夾具套件：以太網(wǎng)一致性測(cè)試夾具

4、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：用于 MDI 回波損耗測(cè)量

5、N-SMA 線纜：用于連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀/頻譜分析儀和示波器

（二）符合1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)的配置訂單實(shí)例：

1、高分辨率數(shù)字示波器

2、千兆以太網(wǎng)一致性測(cè)試選件（軟件）

3、以太網(wǎng)夾具：以太網(wǎng)一致性測(cè)試夾具

4、任意波形發(fā)生器：用于干擾測(cè)試的任意波形發(fā)生器

5、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：用于MDI回波損耗測(cè)量

6、N公-SMA 公線纜：用于連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀/頻譜分析儀和示波器