千兆以太網(wǎng)電氣一致性測試解決方案

更新時間：2025-08-10 點(diǎn)擊次數(shù)：363

千兆以太網(wǎng)電氣一致性分析解決方案。隨著工業(yè)自動化的快速發(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)對網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、實(shí)時性和穩(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，對其性能和兼容性的要求也更為嚴(yán)格。同時，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，需要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行一致性測試，以驗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)，物理層的一致性驗證很重要。

一、難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

無論是100BASE-TX還是1000BASE-T的測試，都涉及到多臺設(shè)備協(xié)同工作。這對于產(chǎn)品的相互控制進(jìn)行測試項的配置和數(shù)據(jù)的讀寫都有了更高的要求，對于公司的產(chǎn)品豐富度也是一個挑戰(zhàn)。

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

工業(yè)以太網(wǎng)一致性測試常見測試項：

1、基本的一致性測試

2、回波損耗測試

3、失真測試（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化進(jìn)行百兆、千兆以太網(wǎng)電氣測試，從而節(jié)省寶貴的測試和驗證時間。

在執(zhí)行以太網(wǎng)一致性測試時，如何正確搭建環(huán)境、被測件（DUT:Device under test）應(yīng)該發(fā)出什么樣的測試波形。怎么通過與標(biāo)準(zhǔn)中給出的極限值對比來分析測量結(jié)果，這些都是需要解決的問題。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)，對于一致性測試的各項測試波形都有明確的要求。要求被測設(shè)備根據(jù)測試項目提供對應(yīng)的波形以供測試。對于各類主流的網(wǎng)卡芯片，可以通過修改相關(guān)寄存器，或者使用芯片廠商提供的發(fā)包工具來主動發(fā)包，來控制被測設(shè)備發(fā)出對應(yīng)的波形進(jìn)行測試。測試完畢退出測試模式即可。

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

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）信號連到DUT的Rx（接收）信號線。

當(dāng)DUT接收到100M空閑模式波形后會返回同樣的波形，此時將DUT的Tx發(fā)送信號通過測試夾具送到示波器中進(jìn)行測試即可。對于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）測試項目

（三）測試步驟

第一步，選擇配置。如果有之前保存過的配置，可以在這里進(jìn)行調(diào)出，也可以采用上一次測試時使用的配置來進(jìn)行測試。

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

然后需要對每一個需要測試的測試項進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)置，來確定信源和對應(yīng)的測試方法。例如在100BASE-TX的上升下降時間的測試中，我們要選擇對應(yīng)的脈寬；在1000Base-T的測試中，我們需要選擇測試的時間，從而控制平均次數(shù)。

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

1000BASE-T測試模式對應(yīng)表

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

第五步，查看結(jié)果并生成報告。在完成測量和計算后，示波器將會將計算結(jié)果呈現(xiàn)出來，不僅顯示被測件在特定的測試中是否合格（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。可以將測試報告以HTML或者XML的格式導(dǎo)出，報告中會記錄每項測試的細(xì)節(jié)，包括峰峰值、標(biāo)準(zhǔn)差、統(tǒng)計次數(shù)和平均值。

（四）測試難點(diǎn)

1、測試環(huán)境搭建

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

一致性測試軟件和夾具很好的解決了這個問題。在每一項測試開始前，都會提示測試時夾具、示波器和被測物之間的連接方式，并且在測試中自動配置好觸發(fā)模式、光標(biāo)、測量項等設(shè)置。

2、干擾測試

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

使用夾具，在測試前需要先對輸入的信號源進(jìn)行校準(zhǔn)，由于經(jīng)過了夾具，添加到信號中的干擾和信號源輸出的信號不同，所以需要根據(jù)示波器上接收到的信號對信號源進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)際上，信號源輸出的信號往往大于示波器接收到的信號，同樣的，在測試的過程中示波器接收到的測試模式的信號也會在這個鏈路中進(jìn)行衰減，由于測得的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)差，失真也會和信號一起衰減。

在進(jìn)行傳輸失真測試的過程中，示波器會先去除干擾信號、補(bǔ)償測試夾具的損耗、對輸入信號經(jīng)過2MHz的高通濾波器進(jìn)行濾波，然后再提取DUT的傳輸時鐘，根據(jù)傳輸時鐘分離數(shù)據(jù)碼元，計算得到每個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），使該項測試通過變得更加困難。

3、回波損耗測試

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

（五）其他層級的測試

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試，其他的很多層面也可以進(jìn)行相應(yīng)的測試。比如有時我們需要對鏈路層的脈沖進(jìn)行測試，可以繪制對應(yīng)的模板來進(jìn)行測試。