详解2.5G/5G/10G Base-T以太网接口物理层一致性测试！

以太网作为个人电脑和消费电子产品非常重要的外围接口。随着无线网络设备的大量部署，WiFi6时代的到来，无线速率超过有线网络的千兆速率，现有的千兆以太网传输设备已不堪重负，需要有线网络速率的升级，2.5G/5G/10G以太网可支持更快的数据传输速度，路由器、PC、主板等厂家都在逐渐给高端产品配置2.5G、5G、10G的以太网口。

随着2.5G/5G/10GBase-T以太网的出现，传输速度大大提升，同时对测试测量也带来了新的挑战。本文将详细介绍如何验证和完成2.5G/5G/10GBase-T以太网接口物理层一致性测试。

2.5G/5GBase-T以太网

现在大多数企业以太网传输标准主要还是1000Base-T，使用的传输线为CAT5e和CAT6网线，随着办公设施越来越多地依赖Wi-Fi 接入，数据量越来越大，在MGBase-T和NBase-T出来前，业内升级的方向是10GBase-T，但10GBase-T需要使用UTP CAT6a线缆进行传输，无法很好的兼容已有的CAT5e和CAT6传输网路，要升级的话，成本相对比较高，如何实现既要提速又要低成本，基于现有的CAT5e 和CAT6 传输线的标准，在原来1000Base-T 和10GBase-T中间，多了2.5Gbps和5Gbps的速率来兼容现有的千兆传输网络。

2016年IEEE协会正式发布了了2.5G/5G的两种传输速率的IEEE 802.3bz标准。2.5G/5G以太网技术，可使用现有主流的Cat5e/6线缆基础上，还可提供更快的传输速率，并向下兼容10M/100M/1000M网络。

• 2.5GBase-T提供2.5Gbit/s数据传输率，4对线，每对速率625Mbps，4x625Mbps＝2.5Gbps，从而达到2.5Gbps的传输速率；

• 5GBase-T提供5Gbit/s数据传输率，4对线，每对速率1.25Gbps，4x1.25Gbps＝5Gbps，从而达到5Gbps的传输速率；

• 16电平PAM编码；

• 2.5GBase-T的符号速率为200Msym/s，一个符号的周期是5ns；

• 5GBase-T的符号速率为400Msym/s，一个符号的周期是2.5ns；

• IEEE 802.3bz标准的兼容性，对于2.5G以太网，可以沿用Cat5e线缆，而对于5G以太网则可以使用Cat6线缆，传输距离能够达到100米;

• 全双工基带传输；

• 向下兼容10M/100M/1000M Base-T。

  

10GBase-T以太网

IEEE组织于2006年推出802.3an协议，即10GBase-T以太网协议。该协议定义了基于RJ-45接口和双绞线传输介质的10Gbps以太网传输速率，与千兆网相比，速率提高了10倍。

• 10GBase-T提供10Gbit/s数据传输率。通过4对双绞线(A,B,C,D)进行传输，每对2.5Gbps，最远传输距离100m；

• 基于16级PAM编码，调制速率为800Msymbols/s，每个Symbol包含3.125bit的数据信息；

• 全双工操作模式；

• 向下兼容10M/100M/1000M Base-T；

• 在所有的支持的距离和传输线上，支持低于或等于10E-12的BER；

• 比光纤传输成本低。

2.5G/5G/10GBase-T以太网测试挑战

以太网技术为当前最广泛应用的数据接口技术之一，各种电子产品基本上提供以太网接口接入网络。为保证各设备之间的互操作，以太网接口必须通过一致性测试。由于一致性测试项目比较多，测试流程复杂，以太网的一致性测试带来测试挑战。

由于2.5G/5G/10GBase-T是PAM16的调制方式。16级脉冲幅度的复杂性很难利用眼图测试。利用功率谱密度(PSD)频域测量方法来衡量多级电平的复杂调制。利用线性度(Transmitter Linearity)测试代替失真测试。

2.5G/5G/10GBase-T测试项目

1     1000Base-T与10GBase-T对比 

2     2.5G/5G/10GBase-T测试项目表 

详解2.5G/5G/10GBase-T测试项目

2.5G/5G/10GBase-T一致性测量项目包括七个单项，其中包括：最大输出跌落(Maximum Output Droop)、发送端时钟频率(Transmitter Clock Frequency )、发送端抖动-主模式(Transmitter Timing Jitter-Master)、 发送端抖动-从模式(Transmitter Timing Jitter-Slave)、线性度(Transmitter Linearity)、发送端功率谱密度和功率电平(Transmitter Power Spectral Density (PSD) and Power Level)、 回波损耗(Return Loss)。

• Maximum Output Droop(最大输出跌落)：验证发送端输出电平的下降不超过最大规定值 ，需要把DUT配置为测试模式6进行测试。

• Transmitter Clock Frequency(发射机时钟频率)：验证发送时钟的频率是否在一致性限值内。需要把DUT配置为测试模式2进行测试，频率测量结果应该在±50ppm的范围之内。

• Transmitter Timing Jitter–Master(发送端定时抖动-主模式)：验证发送端定时抖动是否在合规限值内，需要把DUT配置为测试模式2进行测试，测试Master的抖动。 

• Transmitter Timing Jitter–Slave(发送端抖动-从模式)：发送端定时抖动是否在合规限值内。配置主PHY为测试模式1，配置从PHY为测试模式3，测试Slave的定时抖动。

• Transmitter Linearity(发送端线性度)：确保发送端传输线性度满足规范要求。需要配置DUT进入测试模式4，测试中需要分别测试五组不同频率的双音信号，传输线性度用无杂散动态范围(SFDR)来衡量。

• Transmitter Power Spectral Density (PSD) and Power Level(发射机功率谱密度(PSD)和功率电平):验证发射机功率电平和功率谱密度是否在合规限值内，配置DUT测试模式5进行测试。

• Media Dependent Interface (MDI) Return Loss(介质相关接口(MDI)回波损耗): 为了可靠地传输信号，DUT必须遵守回波损耗极限曲线，配置DUT测试模式5进行测试。回波损耗测试，有两种方法，第一种方法：对于10GBase-T测试，需要信号源最高发出500MHz的扫频信号，用实时示波器的两个通道分别采集入射波形和反射波形，然后计算出回波损耗。第二种方法：用矢量网络分析仪VNA来测试。

2.5G/5G/10GBASE-T以太网测试模式

要完成2.5G/5G/10G Base-T以太网接口物理层一致性测试，需要配置寄存器可令DUT进入不同的测试模式才能完成测试，下图是不同的测试项目对应不同的测试模式。

2.5G/5G/10G以太网测试夹具

要进行2.5G/5G/10G以太网一致性测试，所有测量项目都要求使用测试夹具来满足每项相应规范/标准中的要求。

2.5G/5G/10G以太网测试连接图

2.5G/5G/10G以太网测试支持使用差分探头或SMA 线缆连接，然后进行信号采集和分析，下图分别是利用差分探头和SMA线缆测试连接图。

2.5G/5G/10GBase-T以太网实测

针对2.5G/5G/10G以太网接口物理层的一致性测试，由实时示波器、差分探头或SMA电缆、任意波形发生器、测试软件、以太网测试夹具组成。被测器件通过网线连接到测试夹具，示波器通过差分探头或电缆连接测试夹具中，运行在示波器以太网一致性测试软件采集DUT输出信号，然后通过算法完成运算、分析和容限判定，在测试执行结束后会自动生成测试报告，自动判断测试的Pass/Fail状态，并且测试报告包括测试配置细节、波形图和裕量分析。

2.5G/10GBase-T 测试报告

在测试执行结束后会自动生成测试报告，自动判断测试的Pass/Fail状态，并且测试报告包括测试配置细节、波形图和裕量分析，更深入地了解设计特点。

1    2.5GBASE-T以太网测试报告

2    10GBASE-T以太网测试报告

2.5G/5G/10GBASE-T以太网测试参考配置

总结

利用实时示波器、差分探头或SMA电缆、信号源、一致性测试软件和测试夹具，实现了2.5G/5G/10GBase-T以太网接口物理层一致性测试，缩短测试时间，提高测试效率，帮助工程师快速验证产品，加速产品市场化的过程。

文中展现的试验和功能，所使用的产品是：MSO6B 

1、高带宽：1 GHz至10 GHz带宽对高速设计进行故障排除和验证。

2、领先的低噪声性能

3、和最高50GS/s的采样率，能助您实现高精度测试。

4、MSO66/MSO68，拥有6、8通道。

5、Spectrum View 功能