Решение Ethernet для анализа согласованности – 1000 BASE – T
2026-08-03
1000BASE - T Обзор согласованности
В настоящее время, когда Industry 4.0 и интеллектуальное производство проникают глубоко, промышленный Ethernet, как основной коммуникационный узел промышленного оборудования, систем управления и облачных платформ, стабильность связи и совместимость напрямую определяют эффективность работы производственной линии и эффективность цифровой трансформации.
Тестирование Ethernet на согласованность представляет собой систематический процесс проверки, предназначенный для обеспечения того, чтобы физический слой (PHY) и характеристики связного слоя устройства, подлежащего измерению (DUT), полностью соответствовали требованиям серии IEEE 802.3. Это не простой тест на « выключение», а строгий « медицинский осмотр» электрических характеристик оборудования, временных рядов, качества сигнала, спецификаций протокола и других измерений.
Часть 1. Знакомство с 1000BASE - T
В настоящее время Ethernet является наиболее широко используемой компьютерной сетью. В отличие от 100BASE - Tx, 1000BASE - T использует все четыре пары линий UTP (неэкранированная двойная скрутка) и одновременно получает и отправляет данные, используя кодирование 4D - PAM5 для достижения скорости передачи 1000 Мбит / с в полностью дуплексном режиме. Это значительно увеличило скорость передачи Ethernet, увеличив пропускную способность информации в 10 раз по сравнению с предыдущим 100BASE - Tx.
Скорость передачи данных составляет 100 Мбит / с, кодируется в 125 Мбит / с с помощью 8b / 10b и передается одним баудом на 2bit с использованием метода кодирования физического уровня 4D - PAM5, что обеспечивает максимальную скорость передачи 125 Мбит / s × 2×4 = 1000 Мбит / с.
Примечание: Изображения цитируются в самопроверке лаборатории
Сравнение 100BASE - Tx и 1000BASE - T
✅ Точка соприкосновения
Те же средства передачи. Все они используют интерфейс RJ45 и поддерживают кабели 5 или более классов передачи;
Совместимость. 1000BASE - T использует тот же протокол, что и 100BASE - Tx и 10BASE - T, совместимый с 100BASE - Tx и 10BASE - T.
❎ Точка расхождения
100BASE - Tx использует только две пары двойной скрутки, одна пара для отправки, а другая для приема, приема и отправки, которые не могут быть обработаны одновременно; В 1000BASE - T используются все разностные пары, и данные могут быть отправлены и отправлены одновременно. Из - за этого помехи соседнего канала 1000BASE - T более мощны, чем 100BASE - Tx, и требуют интерферометрического тестирования при тестировании на согласованность;
Код отличается. 100BASE - Tx использует кодирование сигналов MLT - 3, в общей сложности 3 уровня передачи 1 бит, в то время как 1000BASE - T использует кодирование 4D - PAM5, 2bit для передачи 1baud, более сложное кодирование, тест на согласованность требует отдельного шаблонного тестирования на каждом уровне, что затрудняет;
Испытание на тряску. Тестовые часы не находятся на испытательном приспособлении и должны вводиться отдельно, при тестировании на согласованность необходимо вводить часы в осциллограф отдельно, а когда нет возможности ввести часы, восстановительный тест на дрожание часов может служить справочным материалом;
Время быстрого подъема. Границы 1000 BASE - Tx поднимаются быстрее < 3 ns, их подъем / падение вдоль слишком быстрого может привести к чрезмерному EMI, а уровень сигнала - 2 ~ + 2 в общей сложности пять уровней, требования к динамическому диапазону испытательного оборудования выше;
1000BASE - T требует проведения уникального теста на возмущение, требующего более высоких требований к подавлению гармоники возмущенного сигнала и более 40dB.
100BASE - Tx Использование выводов (слева), 1000BASE - T Использование выводов (справа)
Четыре пары двойной скрутки 1000 BASE - T работают в полном дуплексе, сетевые устройства требуют технологии устранения помех / эхо, а кабельные системы класса Ultra 5 и выше поддерживают кодирование уровня 4 (4D - PAM5). Кодирование позволяет каждому уровню сигнала представлять 2 бита исходных данных, поэтому скорость символа 1000 BASE - T составляет 125 Мбит / с, что соответствует скорости символа 100 BASE - TX. После кодирования 1000 BASE - T символ Baud "+ 2, + 1, 0, - 1, - 2" соответствует фактическому уровню соответственно "- 1V, - 0.5V, 0V, 0.5V, 1V".
100BASE - Tx (слева) и 1000Base - T (справа) вид
Тестовый режим 1000BASE - T
В IEEE802.3ab указано, что при тестировании на соответствие Ethernet 1000M необходимо настроить регистр, который позволит DUT перейти в четыре различных режима тестирования, чтобы гарантировать правильность результатов теста на соответствие. Для основных сетевых чипов форма волны проверки согласованности может быть испрошена путем изменения соответствующего регистра или управления с помощью инструмента выдачи от производителя чипов, и соответствующее программное обеспечение конфигурации регистра требует, чтобы пользователь консультировался с производителем чипов Ethernet для получения. Ассоциация определила коды для четырех тестовых режимов Test Mode1 - Test Mode4.
Установив 15, 14, 13 бит 9 - го регистратора управления GMII в чипе физического слоя, можно настроить состояние чипа физического слоя
👉 Модель тестирования 1
Режим тестирования 1 в основном используется для проектов тестирования напряжения, таких как пиковое напряжение, шаблон, верхнее понижение и т. Д. Его форма волны передается методом кодирования 4D - PAM5, в общей сложности пять уровней (- 2, - 1, 0, + 1, + 2). Сигнал тестового режима 1 состоит из + 2, затем 127 0, - 2, затем 127 0, + 1, затем 127 0, - 1, затем 127 0, затем 127 0, затем 128 + 2128 + 2128 2 и, наконец, 1024 0.
Цель проверки: может ли интерфейс управлять достаточной энергией для передачи сигнала на расстояние 100 метров, достаточно ли быстро время подъема для быстрого обмена данными, излучает ли интерфейс слишком много EMI, превышающее требования FCC Class A, симметричен ли сигнал, то есть A и B, C и D симметричны и так далее. Система сигналов выглядит следующим образом:
👉 Тестовый режим 2 и тестовый режим 3
Тестовые режимы 2 и 3 в основном используются для тестирования дрожания в режиме основного подчинения, в котором устройство основного режима отвечает за генерацию и отправку эталонных сигналов часов, управление хронологическими рядами передачи данных, получение и возвращение часов основного устройства от устройства режима и настройку собственной последовательности отправки в соответствии с основным режимом. Сигналы в обоих режимах представляют собой тактовые последовательности, которые передают « - 2, + 2» на частоте 125 МГц.
Модель тестирования 2
Модель тестирования 3
👉 Модель тестирования 4
Тестовый режим 4 состоит в основном из 2047 последовательных типов кода, и при запуске тестового режима 4 PHY должен передавать последовательности символов, генерируемые многочленами интерференции, битовой генерацией и отображением уровня.
gs1 = 1 + x9 + x11
Часть 2.1000BASE-T: Содержание и стандарты тестирования
Анализ соответствия CTS1000 проводится в соответствии со стандартом IEEE 802.3ab и включает полный набор тестовых параметров, таких как уровень напряжения, джиттер, искажения и т. д. Программа тестирования предусматривает использование различных испытательных приборов, включая осциллограф, генератор сигналов, сетевой анализатор, а также специализированные приспособления для анализа соответствия Ethernet, что позволяет предоставить пользователям комплексную схему тестирования.
👉 Режим тестирования 1
l Тестирование пикового напряжения (A, B, C, D)
l Тестирование пикового напряжения (с помехами) (A, B, C, D)
l Тестирование по шаблону (A, B, C, D, F, H)
l Тестирование по шаблону (с помехами) (A, B, C, D, F, H)
l Тестирование падения напряжения (G, J)
l Тестирование падения напряжения (с помехами) (G, J)
👉 Режим тестирования 2
l Дрожание в основном режиме (с тактовым сигналом, с фильтрацией)
l Дрожание в основном режиме (с тактовым сигналом, без фильтрации)
l Дрожание в основном режиме (без тактового сигнала, с фильтрацией)
l Дрожание в основном режиме (без тактового сигнала, без фильтрации)
👉 Режим тестирования 3
l Джит в подчиненном режиме (с тактовым сигналом, с фильтрацией) [будет поддерживаться в будущем]
l Джит в подчиненном режиме (с тактовым сигналом, без фильтрации) [будет поддерживаться в будущем]
l Джит в подчиненном режиме (без тактового сигнала, с фильтрацией)
l Джит в подчиненном режиме (без тактового сигнала, без фильтрации)
👉 Режим тестирования 4
l Искажения при передаче (с тактовой частотой)
l Тестирование искажений при передаче (с тактовой частотой, с помехами)
l Искажения при передаче (без тактовой частоты)
l Тестирование искажений при передаче (без тактовой частоты, с помехами)
l Тестирование выходного напряжения в режиме общего тока MDI
l Тестирование коэффициента затухания эхо-сигнала MDI
Примечание: при тестировании с тактовой частотой тактовый сигнал трудно вывести непосредственно из тестируемого устройства (DUT); большинство пользователей выбирают для тестирования метод восстановления тактовой частоты с помощью осциллографа; тестирование без тактовой частоты поддерживается при анализе соответствия 1000MBASE-T.
Часть 3. Схема тестирования на соответствие стандарту 1000Base-T
Для тестирования на соответствие стандарту 1000BASE-T необходимо, чтобы измерительные приборы и тестовое оборудование имели достаточную конфигурацию, в том числе:
l Осциллограф: полоса пропускания: ≥1 ГГц, частота дискретизации: ≥5 ГСа/с, разрешение АЦП: ≥12 бит [рекомендуется]
l Активный дифференциальный пробник: полоса пропускания: ≥1 ГГц
l Генератор сигналов: полоса пропускания ≥31,25 МГц, амплитуда выходного сигнала ≥5,4 Вpp, двухканальный
l Тестовое программное обеспечение: программное обеспечение для анализа соответствия, выполняющее автоматизированное тестирование
l Тестовые приспособления: приспособления для тестирования Gigabit Ethernet, соответствующие стандартам ассоциации
Решение для анализа соответствия стандарту 1000Base-T в настоящее время охватывает все тесты, за исключением теста на затухание в обратной линии. Для проведения теста на затухание в обратной линии или теста импеданса кабеля Ethernet требуется дополнительная настройка сетевого анализатора.
Рекомендуемые осциллографы
Осциллографы с высокой полосой пропускания идеально подходят для тестирования на соответствие стандартам Ethernet: их превосходные технические характеристики и быстрая скорость отклика на команды сократят время тестирования на соответствие до нескольких десятков минут. Вся линейка серий MSO8000HD/HDP оснащена 12-разрядным АЦП, высокая скорость дискретизации 20 ГГц/с позволяет увидеть более точный сигнал Ethernet, а сверхвысокая полоса пропускания 8 ГГц гарантирует, что при тестировании не будет упущена ни одна амплитуда сигнала. Благодаря превосходной целостности сигнала, низкому уровню шума на полной полосе пропускания (50 мВ/div) — всего 800 мкВ, ENOB более 7 разрядов и точному собственному джиттеру 150 пс вы сможете с большей уверенностью проводить тесты на соответствие стандартам.
Рекомендуемые активные пробники
Пробники являются ключевым компонентом измерительной системы для проведения тестов на соответствие. Предлагаются активные дифференциальные пробники (UT-PD1500, UT-PD2500, UT-PD4000), которые позволяют подключаться к печатным платам высокой плотности с узкими зазорами и труднодоступными компонентами, сохраняя при этом максимальную точность воспроизведения сигнала.
МСО8000HD
8 ГГц
20GSa/с
МСО8000ХДП
8 ГГц / CH
20GSa/с/CH
UT - PD4000
4 ГГц, 88 с.
UT - PD2500
2.5 ГГц, 150 с.
UT - PD1500
1.5 ГГц = 245 ps
Генератор сигналов
1000Base - T, в отличие от 100BASE - Tx, требует интерференционных сигналов для тестирования на помехоустойчивость, при испытании на интерференцию Gigabit Ethernet для тестирования на согласованность требуется 31,25 МГц, 2,8Vpp, синусоидальные помехи 20,833МГц и 5.4Vpp при испытании на искажение передачи и одновременный выход сигнала с двухканальной фазовой разницей 180°, что требует высокой точности частоты и амплитуды интерференционных сигналов. Ширина полосы пропускания UTG9000T 600 МГц, максимальная выходная амплитуда 20 Vpp, минимальное частотное разрешение 1 мкГц, а также поддержка различных модуляций, сканирования и PRBS - кодов, поддержка фазовой синхронизации вывода, является лучшим выбором для тестирования согласованности.
Программное обеспечение для тестирования
CTS1000 представляет собой программное обеспечение для анализа согласованности 1000BASE - T, которое автоматизирует выполнение всего тестового контента на согласованность с помощью скриптового языка, эффективно сокращает время, затрачиваемое пользователем на выполнение теста на согласованность вручную, до более чем десяти минут, программное обеспечение с автоматическим определением, пользовательским редактированием, автоматической генерацией отчетов, просто настройка для завершения анализа согласованности и создания полного отчета за десять минут, чтобы уменьшить вмешательство пользователя.
Разрешение пользователям проводить отдельные или более тестов;
высокооптимизированный интуитивный пользовательский интерфейс, визуализированный пользователем осциллограф и проверенный процесс подключения, быстрая настройка тестирования, проверка электрических характеристик;
полностью автоматизированный процесс тестирования осциллографов с автоматической настройкой программного обеспечения осциллографа для каждого испытательного проекта;
подробные отчеты об испытаниях с информацией о результатах, прохождении / неудачах, запасах испытаний и изображениях формы волны;
Настройка тестовых параметров и маршрутов, отладка и представление;
Разрешается проведение нескольких раундов испытаний для проверки результатов анализа.
Испытательное приспособление
Тестовое приспособление UT - GBE - FT Ethernet предназначено для анализа согласованности Ethernet и отвечает требованиям испытаний 1000 BASE - T и 100 BASE - Tx, разделенных на сигнальные и калибровочные панели. Ниже приводится диаграмма:
Part4. Примеры испытаний на соответствие 1000BASE - T
Программное обеспечение для анализа соответствия MSO8000HD - CTS1000 полностью автоматизирует процесс тестирования качества сигнала, позволяя разработчикам быстро и легко выполнять тесты. Просто выберите измерения для сигнала Ethernet, которые будут выполняться, а затем настроите тестовое соединение в соответствии с блок - схемой соединения подсказок, и тестовое программное обеспечение устранит трудоемкие настройки ручного осциллографа, размещение курсора и процесс сравнения результатов тестирования со спецификациями протокола.
На рисунке выше показан интерфейс Ethernet 1000M для автомобильного переключателя шлюзов, который преобразует промышленный Ethernet 1000M в автомобильный Ethernet
01. Испытание пикового напряжения
Пиковые испытания напряжения используются для проверки того, достаточно ли энергии привода в интерфейсе Ethernet для передачи сигнала на расстояние 100 метров. Согласно нормативным требованиям: пиковое напряжение точек A и B должно быть 0,67 ~ 0,82 В (допуск 150 мВ), пиковое напряжение точек C и D должно быть 0,335 ~ 0,41 В (допуск 75 мВ), а симметрия должна быть хорошей, разница пикового напряжения точек A и B не может превышать 1%, разница пикового напряжения точек C и D не может превышать 2% от среднего значения точек A и B. Тест требует тестирования всех 4 пар двойной скрутки 1000 BASE - T. И необходимо протестировать без помех и инжекционных сигналов помех, при испытании помех необходимо ввести 31,25 МГц, амплитуду 2,8 Vpp, синусоидальную волну с фазовой разницей 180 ° в качестве сигнала помех.
испытание пикового напряжения без помех в точке А
02. Тестирование шаблонов
Модульные тесты используются для проверки того, обладает ли движущая сила интерфейса пропускной способностью 100 м и достаточно ли быстро поднимается, чтобы обеспечить достаточную скорость обмена данными, а также для проверки того, излучает ли интерфейс чрезмерное излучение EMI, превышающее требования FCC Class A, и является ли сигнал симметричным. В соответствии с нормативными требованиями, модульное тестирование должно быть протестировано без помех и инъекционных помех сигнала, чтобы имитировать получение помех от соседнего канала при передаче реального сигнала, который является таким же, как и тест на пиковое напряжение.
Тестирование шаблонов в точке F
03. Испытание на спуск
Верхнее падение также называется испытанием на максимальное выходное затухание, в основном на испытательном режиме 1 сигнала после точки F G и точки H после точки J, чтобы проверить, соответствует ли вставленный магнитный износ нормативным требованиям, тест также требует инъекции сигнала помех, в соответствии с требованиями ввода сигнала в двух предыдущих разделах.
Нормативные требования: амплитуда напряжения в точке G должна превышать 73,1% амплитуды точки F, амплитуда напряжения в точке J должна превышать 73,1% амплитуды точки H.
Испытать затухание напряжения в точке J после возмущения
04. Испытание встряхивания основного режима
Основной тест на дрожание режима в основном проверяет дрожание часов TX CLK в обычном режиме и дрожание данных MDI в тестовом режиме 2. Этот тест состоит из двух этапов. Первый шаг - проверить дрожание основного режима без фильтрации. Если вы не пройдете стандартизированный тест без фильтрации, это означает, что в случае фильтрации вы не пройдете нормативные требования, и вам будет легче сообщить вам, что система часов хороша или плоха. В дополнение к фильтрации и нефильтрации, он также разделен на тест на дрожание с часами и без часов, с дрожанием часов, требующим ввода сигнала часов TX CLK в осциллографическое измерение, без тестирования часов, не нужно вводить часы, просто настроить DUT, чтобы отправить тестовый режим 2, вычислить и встряхнуть запас с помощью функции анализа дрожания осциллографа.
Тест встряхивания данных MDI без фильтрации основного режима
05. Испытание на дрожание из шаблона
Тест на дрожание из режима используется для проверки того, находится ли диапазон дрожания DUT (Slave Mode) в пределах заданного диапазона при наличии / отсутствии TX CLK. Тест требует настройки DUT для отправки тестового режима 2 и тестового режима 3 формы волны. Когда DUT находится под Slave Mode, пик дрожания Salve TX CLK по отношению к Master TX CLK должен быть меньше 1.4 ns, а когда форма дрожания проходит через высокочастотный фильтр 32 кГц, дрожание после фильтрации + Jtxout должно быть < 0,4 ns и должно быть больше значения дрожания Master, которое фильтруется в основном режиме.
Тест на дрожание данных MDI после фильтрации режима
06. Тест на искажение передачи
Испытание на искажение передачи в основном основано на спецификации IEEEE802.3ab, требующей, чтобы DUT передавал пиковые искажения с / без TX CLK и с / без помех сигнала, при испытании на помехи необходимо ввести синусоидальные волны с разностью фаз 20833 МГц, 5.4Vpp, конфигурация DUT в тестовый режим 4, после захвата осциллографом формы волны, для каждого передающего кода на частоте TX CLK для произвольной фазовой выборки и непрерывной обработки 2047 точек отбора проб в соответствии с нормативными требованиями, требующими, чтобы пиковые значения выборки в диапазоне не менее 60% ширины глаза UI были меньше 10 мВ А.
Тест на искажение передачи
07.MDI Испытание выходного напряжения
Тест выходного напряжения MDI Commodul используется для проверки DUT в тестовом режиме 4, пик выходного напряжения MDI Commodul находится в пределах ограничения теста на согласованность, нормативные требования, пик выходного напряжения Commodul требует < 50 мВ. В соответствии с нормативными требованиями, тест выходного напряжения Commodul должен быть протестирован в цепи совместимого приспособления, показанной на рисунке ниже.
Схема для измерения напряжения выхода в общем режиме
Проверка напряжения выхода в общем режиме MDI
Руководство по выбору
Представленная программа анализа соответствия 1000BASE - T имеет высокоавтоматизированный процесс управления тестированием, который позволяет пользователям выполнять настройки и операции с интуитивным интерфейсом UI и генерировать отчеты об испытаниях. Вы можете настроить программу тестирования в соответствии со сценарием тестирования, который вам нужен.
