作者丨鼎陽科技 唐滿麗
以太網(wǎng)一致性測試
以太網(wǎng)一致性測試是由IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會）和ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。雖然并沒有官方組織來為其一致性測試結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證、頒發(fā)證書，但以太網(wǎng)是在當(dāng)前諸多電子設(shè)備中常用的通用設(shè)備接口。
所以為了保證各設(shè)備間的互操作性，工程師常常會在以太網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)過程中進(jìn)行以太網(wǎng)一致性測試，確保設(shè)備能夠正確地發(fā)送和接收以太網(wǎng)幀，與其他以太網(wǎng)設(shè)備互操作，并且遵循以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)定的規(guī)則。
目前，鼎陽科技SDS7000A系列示波器已支持USB2.0、百兆/千兆工業(yè)以太網(wǎng)、百兆/千兆車載以太網(wǎng)一致性分析，隨著8G示波器的發(fā)布，未來還將支持如MIPI、DDR2、DDR3等信號的測量，此次我們將重點(diǎn)講解百兆工業(yè)以太網(wǎng)（100base-TX）測試。
1、測試工具
完整完成一次百兆以太網(wǎng)一致性測試過程中需要用到的工具分別是：
帶有測試軟件的示波器、測試夾具套裝（包含一本用戶手冊、一個測試夾具、1根15厘米的網(wǎng)線，8個50歐姆端接器、4根SMA線纜、4個BNC轉(zhuǎn)SMA的轉(zhuǎn)接頭以及12個跳線帽），還需要一根Type A轉(zhuǎn)Type B的USB線纜，一根短網(wǎng)線以及一臺鼎陽科技的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
圖1 測試夾具套裝
FX_ETH夾具主要是為被測物提供合適的連接接口，為探頭提供測試點(diǎn)，引導(dǎo)被測物進(jìn)入測試狀態(tài)。它能夠支持百兆及千兆以太網(wǎng)的一致性分析，可幫助客戶節(jié)省成本。
圖2 測試夾具各區(qū)域介紹
如圖2所示，整個夾具可分為9個區(qū)域，每個區(qū)域有不同的功能。最左側(cè)的區(qū)域0為回波損耗校準(zhǔn)區(qū)域，可以對網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行開路、短路、負(fù)載校準(zhǔn)。區(qū)域1和6都可以對百兆及千兆以太網(wǎng)進(jìn)行電氣一致性測試，不過區(qū)域1支持使用差分探頭，區(qū)域6則支持SMA線纜。
區(qū)域3通過使用巴倫器實(shí)現(xiàn)差分信號到單端信號的轉(zhuǎn)換，用以回波損耗測試，區(qū)域3、區(qū)域4及區(qū)域7均是千兆以太網(wǎng)的測試區(qū)域。區(qū)域5能夠支持將示波器作為 link Partner，誘導(dǎo)被測設(shè)備（DUT）進(jìn)行發(fā)包測試，區(qū)域8則是專門的跳線帽存儲區(qū)，可以存儲12個跳線帽。
2、測試軟件
鼎陽科技的以太網(wǎng)電氣一致性分析軟件是依據(jù)IEEE802.3u和ANSI X3.263-1995規(guī)范而推出的解決方案。該分析軟件可控制示波器自動完成測試，圖形化操作指導(dǎo)簡化了測量過程，可靈活配置測試項(xiàng)目，測試報告記錄了整個測量結(jié)果，包括測試數(shù)值及測試波形的截圖。
點(diǎn)擊分析、一致性分析，選擇協(xié)議類型為百兆以太網(wǎng)，而后點(diǎn)擊ON，可以看到一致性測試功能分為三大部分，測試項(xiàng)配置、結(jié)果查看以及報告生成設(shè)置。
圖3 一致性測試功能界面
在測試項(xiàng)配置中，測試流程分為設(shè)置、測試項(xiàng)選擇、配置、連接、啟動測試、結(jié)果這六個步驟。
圖4 測試項(xiàng)配置窗口
設(shè)置中可選擇調(diào)出以往保存過的配置，可調(diào)出上一次使用的配置，也可保存當(dāng)前的配置。link Partner的選擇則涉及到發(fā)包，IEEE802.3 規(guī)范對百兆以太網(wǎng)一致性測試的各項(xiàng)測試波形有明確要求，要求被測設(shè)備能夠根據(jù)測試項(xiàng)目提供對應(yīng)的波形以供測試，而被測設(shè)備可以選擇主動發(fā)包提供測試波形，也可以選擇誘導(dǎo)發(fā)包，被誘導(dǎo)發(fā)出空閑測試波形。
對于各類主流的網(wǎng)卡芯片，可以通過修改相關(guān)寄存器或使用芯片廠商提供的發(fā)包工具。而當(dāng)被測物無法運(yùn)行 DOS 或Windows 系統(tǒng)時，則無法控制發(fā)包，這時則需要使用誘導(dǎo)發(fā)包的方法。
3、誘導(dǎo)發(fā)包
誘導(dǎo)發(fā)包利用的是百兆以太網(wǎng)的自協(xié)商模式，它需要一臺 link Partner 設(shè)備。
首先將 link partner的網(wǎng)卡配置為百兆全雙工或半雙工，或主動發(fā)送 100M 空閑模式波形，然后將配置好的 link Partner 的以太網(wǎng)口的發(fā)送（Tx）信號線連到被測物的接收（Rx）信號線。當(dāng)被測物接收到 100M 空閑模式波形后會返回同樣的波形，此時將被測物（Tx）信號線發(fā)送的信號通過測試夾具送到示波器中進(jìn)行測試即可。
圖5 link Partner 誘導(dǎo)發(fā)包連接示意圖
為了測試更加方便，我們可以直接選擇SDS7000A為link Partner。由于選擇的發(fā)包方式不同，所以連接方式也不一樣，我們先來講主動發(fā)包。
圖6-1使用的SMA線纜連接，使用的夾具區(qū)域6部分，圖6-2使用的差分探頭，使用的夾具區(qū)域1部分，夾具上DA到DD端口分別對應(yīng)網(wǎng)線的4對雙絞線，而DA端口正好接收了被測物發(fā)出的100M 空閑模式波形，所以測試百兆以太網(wǎng)時必須選擇DA端口。此外，在使用SMA連接DA端口時，為了讓其他端口阻抗匹配，其他DB-DD端口需要接50歐姆端接。
圖6-1 主動發(fā)包下使用SMA線纜連接示意圖
圖6-2 主動發(fā)包下使用有源差分探頭連接示波器
下面是SDS7000A作為link Partner實(shí)行誘導(dǎo)發(fā)包，都是使用夾具的區(qū)域5部分，圖7-1使用的SMA線纜，圖7-2使用差分探頭。
有兩點(diǎn)需要注意，第一點(diǎn)，示波器側(cè)面板接口中有兩個LAN接口，誘導(dǎo)發(fā)包時必須使用短網(wǎng)線將下面這個LAN接口與夾具相連， 第二點(diǎn)，用差分探頭連接之后，還必須使用兩個50Ω端接連接在區(qū)域5剩下的兩個SMA端口上，對被測物的發(fā)送（TX） 信號線做 100Ω 終端匹配，否則會產(chǎn)生信號泄露，造成失真。
圖7-1 SDS7000A為link Partner下的SMA線纜連接
圖7-2 SDS7000A為link Partner下的有源差分探頭連接
4、測試項(xiàng)配置
繼續(xù)看測試流程，下一項(xiàng)是測試項(xiàng)選擇，其中括號中是指各個測試項(xiàng)目所參考的標(biāo)準(zhǔn)，可選擇其中單項(xiàng)或者多項(xiàng)進(jìn)行測試。
圖7 測試項(xiàng)選擇界面
接著是配置，由于百兆以太網(wǎng)的大多測試項(xiàng)都需要選擇使用的探頭類型以及示波器的信源，所以將這兩項(xiàng)專門提取出來作為基礎(chǔ)項(xiàng)進(jìn)行配置，需要注意的是這里的單端輸入指的是SMA線纜而不是單端探頭。
圖8 基礎(chǔ)配置界面
除去基礎(chǔ)配置外，部分項(xiàng)還需要額外進(jìn)行選擇，比如模板系數(shù)、被測試信號的脈沖寬度等
下一步是連接，SDS7000A會顯示測試時的接線圖以及文字說明。
圖9 100base-TX連接說明界面
如果選擇了多個測試項(xiàng)，則會優(yōu)先顯示第一項(xiàng)測試項(xiàng)的連接指南，如果后一項(xiàng)測試項(xiàng)的接線圖與前一項(xiàng)測試項(xiàng)接線方式不同，接線圖會在前一項(xiàng)測試項(xiàng)結(jié)束后有單獨(dú)的頁面彈窗提示。
下一個流程是啟動測試，在測試過程中出現(xiàn)失敗的情況可以選擇是繼續(xù)測試還是直接中止。最后一個流程是結(jié)果，我們也可以直接點(diǎn)擊“結(jié)果查看”。
圖10 啟動測試界面
圖11 結(jié)果查看界面
5、總結(jié)
以太網(wǎng)是在當(dāng)前諸多電子設(shè)備中常用的通用設(shè)備接口，百兆以太網(wǎng)一致性測試的主要目的是確保協(xié)議的正確實(shí)現(xiàn)以及不同通信設(shè)備之間的正確互聯(lián)。
本文展示了鼎陽科技的百兆以太網(wǎng)測試工具及測試軟件，并介紹了以SDS7000A為link Partner進(jìn)行誘導(dǎo)發(fā)包的步驟，展示了完整的測試項(xiàng)配置流程，希望在測試測量中能對大家有所幫助。
下一期我們將分享以交換機(jī)為被測物的百兆以太網(wǎng)測試實(shí)操過程，敬請期待~
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