千兆以太網電氣一致性測試解決方案

更新時間：2025-08-10 點擊次數：150

千兆以太網電氣一致性分析解決方案。隨著工業自動化的快速發展，工業以太網作為關鍵的通信技術，在工業控制領域的應用日益廣泛。工業以太網一致性測試的背景源于多方面的需求和挑戰。

一方面，工業生產對網絡通信的可靠性、實時性和穩定性要求高。不同廠家生產的網絡設備若不能遵循統一的標準，將可能導致數據傳輸錯誤、延遲甚至中斷，嚴重影響生產效率和質量。另一方面，隨著工業以太網的不斷演進，其速率從起初的較低水平逐漸提升至千兆甚至更高，新的技術和編碼方式不斷涌現。這使得網絡設備的復雜性大幅增加，對其性能和兼容性的要求也更為嚴格。同時，為了實現不同廠家設備之間的互聯互通，確保工業以太網在各種復雜環境下的穩定運行，需要對網絡設備進行一致性測試，以驗證其是否符合特定的標準和規范。

因此，為了確保以太網的數據能夠可靠傳輸，保障工業自動化系統的穩定運行，作為底層的結構，物理層的一致性驗證很重要。

一、難點與挑戰

無論是100BASE-TX還是1000BASE-T的測試，都涉及到多臺設備協同工作。這對于產品的相互控制進行測試項的配置和數據的讀寫都有了更高的要求，對于公司的產品豐富度也是一個挑戰。

對于自動化測試應用，能夠穩定地自動捕獲信號是一大挑戰，我們根據標準創建了自動化、重復性強的一致性測試程序。這些一致性測試軟件可以根據IEEE/OPEN Alliance規范自動執行物理層測試。

工業以太網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、千兆以太網電氣一致性分析解決方案

（一）工業以太網物理層驗證概述

工業以太網電氣一致性分析解決方案可以自動化進行百兆、千兆以太網電氣測試，從而節省寶貴的測試和驗證時間。

在執行以太網一致性測試時，如何正確搭建環境、被測件（DUT:Device under test）應該發出什么樣的測試波形。怎么通過與標準中給出的極限值對比來分析測量結果，這些都是需要解決的問題。SDS7000A-CT-100BASE-TX/SDS7000A-CT-1000BASE-T能夠幫助和引導您完成其中大部分操作。

不管是百兆以太網還是千兆以太網，對于一致性測試的各項測試波形都有明確的要求。要求被測設備根據測試項目提供對應的波形以供測試。對于各類主流的網卡芯片，可以通過修改相關寄存器，或者使用芯片廠商提供的發包工具來主動發包，來控制被測設備發出對應的波形進行測試。測試完畢退出測試模式即可。

主動發包具有主觀的操作界面，但其應用對象具有明顯的局限性。在百兆以太網的測試中，當DUT無法運行DOS或Windows系統時，或者測試者不方便配置DUT進入測試模式下，則無法控制發包。這時則需要使用誘導發包的方法來引導DUT發出空閑（IDLE）模式波形后進行測試。

誘導發包利用的是100 Base-TX的自協商模式，它需要一臺Link Partner設備。首先將 Link partner 的網卡配置為百兆全/半雙工，或主動發送100M空閑模式波形，然后將配置好的Link Partner的以太網口的Tx（發送）信號連到DUT的Rx（接收）信號線。

當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發送信號通過測試夾具送到示波器中進行測試即可。對于SDS7000A而言，我們可以配置示波器的下網口作為誘導發包的Link Partner設備，從而更方便地誘導發包。

（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，可以在這里進行調出，也可以采用上一次測試時使用的配置來進行測試。

第二步，選擇要進行的測試項。可以選擇同一協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用，這樣有助于提升測試速度，也有助于驗證之前的測試結果。

然后需要對每一個需要測試的測試項進行單獨的設置，來確定信源和對應的測試方法。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。

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

1000BASE-T測試模式對應表

第四步，根據接線圖搭建測試環境。一致性測試支持使用差分探頭和SMA進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絡分析儀等儀器。當同時進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的連接圖。

第五步，查看結果并生成報告。在完成測量和計算后，示波器將會將計算結果呈現出來，不僅顯示被測件在特定的測試中是否合格（pass/fail），還給出了該產品超出或者距離合格標準的余量。可以將測試報告以HTML或者XML的格式導出，報告中會記錄每項測試的細節，包括峰峰值、標準差、統計次數和平均值。

（四）測試難點

1、測試環境搭建

以太網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標準來配置環境，不僅效率很低，測試的正確率和可復現性也不能保證。

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模式、光標、測量項等設置。

2、干擾測試

在千兆工業以太網一致性測試中，涉及到許多關于干擾的測試項，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行校準，由于經過了夾具，添加到信號中的干擾和信號源輸出的信號不同，所以需要根據示波器上接收到的信號對信號源進行校準。實際上，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行衰減，由于測得的結果為標準差，失真也會和信號一起衰減。

在進行傳輸失真測試的過程中，示波器會先去除干擾信號、補償測試夾具的損耗、對輸入信號經過2MHz的高通濾波器進行濾波，然后再提取DUT的傳輸時鐘，根據傳輸時鐘分離數據碼元，計算得到每個碼元的傳輸失真值后根據標準里規定的算法得到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。