一、10G以太網(wǎng)的市場(chǎng)趨勢(shì)

       隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、高清視頻流等應(yīng)用的普及，數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。WiFi速率不斷提升，從早期的802.11b到如今的WiFi 6甚至WiFi 7標(biāo)準(zhǔn)的逐步推廣，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度已大幅提升，使得無(wú)線設(shè)備能夠更快地處理和傳輸數(shù)據(jù)。這一發(fā)展對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)提出了更高的挑戰(zhàn)，特別是在接入層。10G以太網(wǎng)接口不僅能為高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的回程連接，還能確保網(wǎng)絡(luò)核心的高性能與低延遲，它在適應(yīng)和支撐先進(jìn)WiFi技術(shù)的同時(shí)，也成為了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)中的必然趨勢(shì)。

二、10GBase-T的特性與測(cè)試挑戰(zhàn)

       10GBase-T是IEEE在2006年推出的10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3an。它和之前的1000Base-T的實(shí)現(xiàn)方法類(lèi)似，仍然是RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口，采用四個(gè)差分對(duì)同時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸，但傳輸?shù)目偹俾?0Gbps，每對(duì)線的速率高達(dá)2.5Gbps。

       1000M Base-T采用PAM-5脈沖幅度調(diào)制，而10G Base-T采用更高階的PAM-16， 脈沖電壓幅度被分為16級(jí)電平，每個(gè)電壓幅度稱(chēng)為1個(gè)Symbol，可以表示4個(gè)bit的信息，平均下來(lái)其中3.125bit是有效數(shù)據(jù)，另外的0.875bit用于輔助和校驗(yàn)等。然而，這種調(diào)制方式雖然將每對(duì)差分線上的傳輸速率大幅降低為800M Sym/s，但我們用示波器觀察線路上的信號(hào)，看起來(lái)卻是不規(guī)則的類(lèi)似于噪音的波形。

如何保證10G以太網(wǎng)接口穩(wěn)定可靠傳送信號(hào)？

我們知道100Base-T用眼圖、1000Base-T用脈沖模板來(lái)表征信號(hào)的質(zhì)量，但對(duì)于類(lèi)似于噪音的10GBase-T信號(hào)，傳統(tǒng)的眼圖方法已經(jīng)不太合適，因此10GBase-T的物理層一致性測(cè)試定義了一些新的測(cè)試項(xiàng)目，除了傳統(tǒng)的時(shí)域波形參數(shù)測(cè)試，還有頻域的測(cè)試項(xiàng)目。全套測(cè)試設(shè)備除了主要使用的示波器，還需要用到頻譜儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

三、電動(dòng)車(chē)10G Base-T以太網(wǎng)測(cè)試方案

      鑒于10GBase-T每對(duì)差分線800MSymbols/s的傳輸速率，至少需要采用整體帶寬2GHz以上的示波器測(cè)試系統(tǒng)。各測(cè)試項(xiàng)中用到的測(cè)試設(shè)備要求如下：

典型配置如下：

示波器：RTO64主機(jī)+RTO6-B92(2G帶寬選件)

一致性測(cè)試軟件：ScopeSuite (免費(fèi)下載)

功能選件：RTO6-K23（兼容2.5G/5G/10G以太網(wǎng)測(cè)試的License）

夾具：RT-ZF2 （兼容10/100/1000M、以及2.5G/5G/10G以太網(wǎng)）

差分探頭：RT-ZD30  3GHz帶寬差分探頭

頻譜儀：FSVA3030+同軸線纜

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：ZND+ZV-Z192同軸線纜

      界面友好的ScopeSuite一致性測(cè)試軟件，提供了Step by Step引導(dǎo)式設(shè)置指南，就算是新手也可以在設(shè)置步驟提示和參考圖片指引下，順暢完成測(cè)試過(guò)程。

四、10G以太網(wǎng)測(cè)試項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1、MAX輸出電壓跌落（IEEE standard 802.3an, subclause 55.5.3.1） 。測(cè)試連接圖如下：

       DUT（待測(cè)設(shè)備） 設(shè)置為T(mén)est Mode 6，此時(shí)DUT 網(wǎng)口在所有四個(gè)發(fā)射器上連續(xù)傳送 128個(gè) PAM16中的+16 Symbol，接著傳送128個(gè) -16 Symbol，用示波器觀察到的是類(lèi)似于方波的信號(hào)。

    示波器首先測(cè)量正跳變沿之后10ns和90ns處的電壓比，確保電壓跌落不超過(guò)10%。

     示波器然后測(cè)量負(fù)跳變沿之后10ns和90ns處的電壓比，確保電壓跌落不超過(guò)10%。

2、發(fā)射機(jī)線性度

     發(fā)射機(jī)線性度（55.5.3.2）。首先進(jìn)行示波器對(duì)頻譜儀的程控連接設(shè)置，示波器和頻譜儀在同一個(gè)網(wǎng)段即可。

DUT測(cè)試連接圖如下：

       DUT設(shè)置為T(mén)est Mode4，并依次讓10G網(wǎng)口發(fā)射器輸出5組雙音信號(hào)。示波器的scopesuite一致性測(cè)試軟件作為控制機(jī)，程控頻譜分析儀測(cè)量每個(gè)音調(diào)和1~400MHz范圍內(nèi)幾個(gè)互調(diào)頻點(diǎn)的幅度，然后計(jì)算無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍 SFDR，并驗(yàn)證SFDR是否大于以下公式給出的值：

       公式中f 是每組兩個(gè)單音信號(hào)的MAX頻率（單位為 MHz）。

       如果想知道雙音信號(hào)在示波器上是什么表現(xiàn)，請(qǐng)參考以下Dual Tone 1波形。

       例如某10G網(wǎng)口發(fā)射器的測(cè)試結(jié)果，五組雙音測(cè)試全通過(guò)，以下為測(cè)試報(bào)告截圖：

       其中對(duì)于第五組雙音信號(hào)Dual Tone5測(cè)試，F(xiàn)SVA頻譜儀實(shí)測(cè)過(guò)程截圖如下：

        圖中M3頻點(diǎn)其實(shí)就是三階互調(diào)產(chǎn)物2f2-f1 =2*313.281-310.156=316.406 MHz的實(shí)際測(cè)試值316.403MHz，SFDR=-6.16-(-67.18)=61.02 dB 。

3、Master模式下抖動(dòng)與時(shí)鐘頻率

     Master模式下抖動(dòng)與時(shí)鐘頻率（55.5.3.3與55.5.3.5）測(cè)試連接圖如下，

       DUT設(shè)置為T(mén)est Mode 2，DUT發(fā)出連續(xù)的兩個(gè)幅度編碼為+16 和兩個(gè)幅度編碼為-16 的symbol，在800M Sym/s的符號(hào)速率下它相當(dāng)于200MHz的時(shí)鐘，用示波器觀察的信號(hào)波形如下。

      RMS周期抖動(dòng)通過(guò)計(jì)算此波形的各個(gè)邊沿位置來(lái)得到。要通過(guò)測(cè)試，測(cè)試值必須小于 5.5 ps。同時(shí)示波器也會(huì)進(jìn)行頻率測(cè)量，并確定發(fā)射器的時(shí)鐘頻率是否在800MHz+/-50ppm范圍內(nèi), 例如以下測(cè)試報(bào)告截圖：

4、Slave模式下發(fā)射機(jī)定時(shí)抖動(dòng)

     Slave模式下發(fā)射機(jī)定時(shí)抖動(dòng)（55.5.3.3）測(cè)試連接圖如下：

        這里需要用到1個(gè)用于測(cè)試對(duì)接的良好質(zhì)量Master 設(shè)備。下圖中藍(lán)色網(wǎng)線連接Master, 黃色網(wǎng)線連接Slave 模式的DUT。

        DUT設(shè)置為Slave模式Test Mode 3。對(duì)接的Master 設(shè)備設(shè)置為T(mén)est Mode 1，也就是將 PMA 偽隨機(jī)訓(xùn)練碼型 (PRBS 33，如下圖) 傳輸?shù)?A、B 和 C 差分線對(duì)上的 Slave PHY。 

       而 Slave 設(shè)備必須將其傳輸時(shí)鐘與從 Master PHY 接收到的信號(hào)同步，并從Slave PHY MDI 輸出200MHz slave時(shí)鐘。示波器用差分探頭在 Slave PHY MDI 輸出處捕獲到該時(shí)鐘波形，如下圖：

       測(cè)試軟件將捕獲到的200MHz時(shí)鐘數(shù)據(jù)通過(guò)中心頻率 200 MHz、帶寬為 2 MHz 的帶通濾波器進(jìn)行濾波，然后計(jì)算 RMS 周期抖動(dòng)。要通過(guò)測(cè)試，抖動(dòng)必須小于 5.5 ps。例如以下測(cè)試報(bào)告截圖：

5、發(fā)射機(jī)功率譜密度和功率電平

     發(fā)射機(jī)功率譜密度和功率電平（55.5.3.4）測(cè)試連接圖如下，和MAX輸出電壓跌落、Master模式下抖動(dòng)與時(shí)鐘頻率測(cè)試連接方法一樣。

       DUT設(shè)置為T(mén)est Mode 5，即工作在正常的信號(hào)發(fā)送模式。

       由于正常發(fā)送的10G Base-T是類(lèi)似于噪聲的信號(hào)，從時(shí)域分析比較困難，對(duì)功率的衡量主要是從頻域測(cè)試。這項(xiàng)測(cè)試驗(yàn)證 DUT 在 0 至 3 GHz 頻率范圍內(nèi)的發(fā)射機(jī)功率譜密度是否在規(guī)范第 126.5.3.4 節(jié)規(guī)定的上限和下限之間，它還驗(yàn)證 DUT 的發(fā)射機(jī)功率水平是否在 3.2 dBm 和 5.2 dBm 之間。

       實(shí)際執(zhí)行中Scopesuite一致性分析軟件使用示波器自身的 FFT 變換和數(shù)學(xué)運(yùn)算測(cè)量輸入信號(hào)的功率水平，它還對(duì) 0 GHz 至 3 GHz 范圍內(nèi)的信號(hào)執(zhí)行一些平均和數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)繪制 PSD 曲線，并檢查它是否在限制模板內(nèi)。

      例如以下從測(cè)試報(bào)告中的結(jié)果截圖：

6、MDI接口回波損耗（55.8.2.1）

     由于10GBase-T信號(hào)在4對(duì)差分線上同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)，因此對(duì)于信號(hào)的反射非常敏感。符合 IEEE 802.3an 標(biāo)準(zhǔn)的 10GBASE-T 設(shè)備上的 MDI 接口理想情況下應(yīng)具有 100 Ω的差分阻抗。MDI 的阻抗與連接器、電纜的阻抗之間的任何差異都會(huì)導(dǎo)致傳輸信號(hào)的反射。由于阻抗永遠(yuǎn)不可能精準(zhǔn)地達(dá)到 100 Ω，并且終端阻抗隨頻率而變化，因此必須允許一定量的反射。

     回波損耗是用于阻抗不匹配而反射的信號(hào)功率的一種量度方法。802.3an 規(guī)定，在 1.0 至 40MHz 的范圍內(nèi)，MDI 的反射功率必須至少比入射功率低 16 dB。回波損耗在 40 至 500MHz 之間必須低于16 – 10*log10(f /40) dB（f 以 MHz 為單位）。

     DUT設(shè)置為T(mén)est Mode 5 ，即工作在正常的信號(hào)發(fā)送模式。

       示波器上的Scopesuite測(cè)試軟件，通過(guò)網(wǎng)口程控矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)DUT的發(fā)射端口進(jìn)行回波損耗測(cè)試。

步驟一

矢網(wǎng)的程控連接設(shè)置

示波器對(duì)矢網(wǎng)的程控連接設(shè)置，示波器和矢網(wǎng)在同一個(gè)網(wǎng)段即可。

步驟二 

矢網(wǎng)的校準(zhǔn)

       示波器Scopesuite 軟件提示依次連接RT-ZF2自帶的校準(zhǔn)板的Open-Short-Match進(jìn)行校準(zhǔn)。按照軟件的步驟指引，很快可以完成校準(zhǔn)過(guò)程。

步驟三 

MDI接口回波損耗測(cè)試校

準(zhǔn)完畢之后，軟件提示將RT-ZF2夾具的回波損耗部分和DUT網(wǎng)口采用短網(wǎng)線連接。

       點(diǎn)擊Next，很快得到回波損耗測(cè)試結(jié)果，如以下測(cè)試報(bào)告截圖：

五、2.5GBase-T與5GBase-T測(cè)試

       現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)以太網(wǎng)傳輸標(biāo)準(zhǔn)主要還是1000Base-T，使用的傳輸線為CAT5e和CAT6網(wǎng)線。但10GBase-T需要使用UTP CAT6a線纜進(jìn)行傳輸，無(wú)法很好地兼容已有的傳 輸網(wǎng)路，要升級(jí)的話，成本相對(duì)比較高，如何實(shí)現(xiàn)既要提速又要低成本?

       2016年IEEE協(xié)會(huì)正式發(fā)布了IEEE 802.3bz標(biāo)準(zhǔn)。基于現(xiàn)有的CAT5e 和CAT6 傳輸線標(biāo)準(zhǔn)，在原來(lái)1000Base-T 和10GBase-T中間，多了2.5Gbps和5Gbps的速率來(lái)兼容現(xiàn)有的千兆傳輸網(wǎng)絡(luò)。

       2.5GBase-T提供2.5Gbit/s數(shù)據(jù)傳輸率，4對(duì)線，每對(duì)速率625Mbps。5GBase-T提供5Gbit/s數(shù)據(jù)傳輸率，4對(duì)線，每對(duì)速率1.25Gbps。與10GBase-T一樣，他們都采用PAM-16編碼，2.5GBase-T的符號(hào)速率為200M Sym/s， 5GBase-T的符號(hào)速率為400M Sym/s。

       由于其采用的技術(shù)與10GBase-T類(lèi)似，測(cè)試夾具、差分探頭和測(cè)試軟件也可以共用，測(cè)試方法也可以大致參考，此處不再詳細(xì)描述。