10GBASE-T以太網(wǎng)信號(hào)完整性測(cè)量方案

以太網(wǎng)是個(gè)人電腦和消費(fèi)電子非常重要的外圍通訊接口。隨著新一代以太網(wǎng)協(xié)議10GBASE-T的登場(chǎng)，在傳輸速度大幅提升的同時(shí)，對(duì)測(cè)試測(cè)量也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。本文將重點(diǎn)介紹10GBASE-T以太網(wǎng)一致性測(cè)試面臨的新的挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的測(cè)量方案。

IEEE組織于2006年推出802.3an協(xié)議，即10GBASE-T以太網(wǎng)協(xié)議。該協(xié)議定義了基于RJ-45接口和雙絞線傳輸介質(zhì)的10Gbps以太網(wǎng)傳輸速率，與千兆網(wǎng)相比，速率提高了10倍。經(jīng)歷了三年的技術(shù)儲(chǔ)備和市場(chǎng)醞釀，10GBASE-T以太網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品在2009年開始面世。在可以預(yù)見的未來(lái)幾年內(nèi)，10GBASE-T以太網(wǎng)將逐步取代千兆網(wǎng)成為市場(chǎng)的主流。對(duì)于這樣一種新興的個(gè)人電腦和消費(fèi)電子外圍通訊協(xié)議，泰克公司(Tektronix Inc.)第一時(shí)間推出了全套自動(dòng)測(cè)量方案，包括示波器、信號(hào)源、自動(dòng)測(cè)量軟件、夾具和探頭，為廣大研發(fā)公司的技術(shù)創(chuàng)新提供了信號(hào)完整性保證。

10GBASE-T以太網(wǎng)簡(jiǎn)介

以太網(wǎng)協(xié)議發(fā)展至今已歷經(jīng)四代，從最早的10BASE-T到100BASE-T，再到目前市場(chǎng)主流的1000BASE-T，再到方興未艾的10GBASE-T，每次更新?lián)Q代都是以10倍的速率在刷新，并且都是向下兼容。10GBASE-T沿用以太網(wǎng)規(guī)范，仍然采用RJ-45接口作為連接器，采用四對(duì)雙絞線作為傳輸介質(zhì)。每對(duì)線的傳輸速率為2.5Gbps，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)100m。對(duì)于所有認(rèn)可的傳輸距離和傳輸介質(zhì)，可以達(dá)到10E-12的BER(誤碼率)。10GBASE-T 采用PAM16(16級(jí)脈沖幅度調(diào)制)方式，每個(gè)脈沖幅度(稱為字符Symbol)可以表征3.125bit的信息。因而每對(duì)傳輸線的實(shí)際傳輸率僅為 800M Symbol /秒，大大降低了對(duì)傳輸鏈路帶寬的要求，增加了有效傳輸距離，對(duì)測(cè)試儀器的要求也相應(yīng)地變得寬松。

一致性測(cè)試的挑戰(zhàn)

測(cè)試上10GBASE-T的復(fù)雜程度比之前的以太網(wǎng)協(xié)議都高。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)測(cè)試一般分為幅度域測(cè)試、時(shí)間相關(guān)測(cè)試、失真測(cè)試、回波損耗測(cè)試四塊。對(duì)于幅度域測(cè)試而言，10GBASE-T 測(cè)試的難點(diǎn)來(lái)源于PAM16的調(diào)制方式。16級(jí)脈沖幅度的復(fù)雜性使得常用的眼圖測(cè)試(如100BASE-T)和模板測(cè)試(如1000BASE-T)都難以實(shí)現(xiàn)。IEEE組織巧妙地避開了幅度測(cè)試方面的難點(diǎn)，轉(zhuǎn)而用一個(gè)頻譜方面的測(cè)量-功率譜密度(PSD)來(lái)衡量這樣一個(gè)多級(jí)電平的復(fù)雜調(diào)制。失真測(cè)試采用傳輸線性度(Transmitter Linearity)進(jìn)行衡量，也是一個(gè)頻譜域的測(cè)試項(xiàng)目。針對(duì)頻率域測(cè)量，有兩種可行的方案，其一是用示波器的FFT功能進(jìn)行測(cè)量，由于示波器是一致性測(cè)量必需的儀器，這種方法無(wú)需任何額外的成本；其二是用頻率分析儀進(jìn)行測(cè)量，雖然精度略高，但是需要額外添置一臺(tái)頻譜分析儀，且需要多臺(tái)儀器的互聯(lián)工作，比較麻煩。事實(shí)上，示波器FFT和頻譜分析儀都能滿足傳輸線性度和功率譜密度這兩個(gè)測(cè)量對(duì)精度的要求。

回波損耗測(cè)試部分，仍然需要一臺(tái)信號(hào)源來(lái)提供掃頻信號(hào)輸入，掃頻信號(hào)的頻率要求達(dá)到500MHZ，遠(yuǎn)高于1000BASE-T要求的100MHZ。

時(shí)間相關(guān)測(cè)試則沒有什么大的改變，只是對(duì)抖動(dòng)的要求變得更高。

測(cè)量項(xiàng)目

802.3an中列出了10GBASE-T 一致性測(cè)量所需的測(cè)量項(xiàng)目，包括七個(gè)單項(xiàng)的測(cè)量，分別是最大輸出跌落(Maximum Output Droop), 發(fā)送端時(shí)鐘頻率(Transmitter Clock Frequency ), 發(fā)送端抖動(dòng)-主模式(Transmitter Timing Jitter-Master), 發(fā)送端抖動(dòng)-從模式(Transmitter Timing Jitter -Slave) , 傳輸線性度(Transmitter Linearity),發(fā)送端功率譜密度和功率值(Transmitter Power Spectral Density (PSD) and Power Level), 回波損耗(Return Loss)。我們來(lái)大致看看這些測(cè)試的目的和達(dá)成方法：

最大輸出跌落 需要配置待測(cè)設(shè)備(DUT)進(jìn)入測(cè)試模式6，由待測(cè)設(shè)備同時(shí)在四對(duì)傳輸鏈路上發(fā)出如下數(shù)據(jù)循環(huán){連續(xù)128個(gè) “+16” Symbol, 連續(xù)128個(gè)”-16” Symbol…}，形成一個(gè)3.125MHZ的低頻方波信號(hào)。需要量測(cè)的是從方波過(guò)零點(diǎn)開始的第10ns到第90ns，要求電壓的跌落不超過(guò)10%。該測(cè)試的主要目的是確保Symbol連續(xù)高度重復(fù)的情況下，幅度的跌落仍然在可允許的范圍之內(nèi)，不至于出現(xiàn)Symbol誤判的情況。