作者丨鼎陽(yáng)科技 張賀陽(yáng)

引言

隨著工業(yè)自動(dòng)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(cè)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(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求極高。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(cuò)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)，其速率從最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(duì)其性能和兼容性的要求也更為嚴(yán)格。同時(shí)，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(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行一致性測(cè)試，以驗(yàn)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(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，作為最底層的結(jié)構(gòu)，物理層的一致性驗(yàn)證不可或缺。

難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

無(wú)論是100base-TX還是1000base-T的測(cè)試，都涉及到多臺(tái)設(shè)備協(xié)同工作。這對(duì)于產(chǎn)品的相互控制進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)的配置和數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都有了更高的要求，對(duì)于公司的產(chǎn)品豐富度也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

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

工業(yè)以太網(wǎng)一致性測(cè)試常見(jiàn)測(cè)試項(xiàng)：

·基本的一致性測(cè)試

·回波損耗測(cè)試

·失真測(cè)試（1000base-T）

解決方案

工業(yè)以太網(wǎng)物理層驗(yàn)證概述

鼎陽(yáng)科技提供的工業(yè)以太網(wǎng)電氣一致性分析解決方案可以自動(dòng)化進(jìn)行百兆、千兆以太網(wǎng)電氣測(cè)試，從而節(jié)省寶貴的測(cè)試和驗(yàn)證時(shí)間。

在執(zhí)行以太網(wǎng)一致性測(cè)試時(shí)，如何正確搭建環(huán)境、被測(cè)件（DUT:Device under test）應(yīng)該發(fā)出什么樣的測(cè)試波形。怎么通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)中給出的極限值對(duì)比來(lái)分析測(cè)量結(jié)果，這些都是需要解決的問(wèn)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(duì)于一致性測(cè)試的各項(xiàng)測(cè)試波形都有明確的要求。要求被測(cè)設(shè)備根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目提供對(duì)應(yīng)的波形以供測(cè)試。對(duì)于各類(lèi)主流的網(wǎng)卡芯片，可以通過(guò)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(lái)主動(dòng)發(fā)包，來(lái)控制被測(cè)設(shè)備發(fā)出對(duì)應(yīng)的波形進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完畢退出測(cè)試模式即可。

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

當(dāng)DUT接收到100M空閑模式波形后會(huì)返回同樣的波形，此時(shí)將DUT的Tx發(fā)送信號(hào)通過(guò)測(cè)試夾具送到示波器中進(jìn)行測(cè)試即可。對(duì)于鼎陽(yáng)科技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。

測(cè)試項(xiàng)目

測(cè)試步驟

第一步，選擇配置。如果有之前保存過(guò)的配置，可以在這里進(jìn)行調(diào)出，也可以采用上一次測(cè)試時(shí)使用的配置來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

第二步，選擇要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)?？梢赃x擇同一協(xié)議測(cè)試中的全部測(cè)試項(xiàng)，也可以指定單個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。也可以將測(cè)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(cè)試速度，也有助于驗(yàn)證之前的測(cè)試結(jié)果。

然后需要對(duì)每一個(gè)需要測(cè)試的測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)置，來(lái)確定信源和對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法。例如在100base-TX的上升下降時(shí)間的測(cè)試中，我們要選擇對(duì)應(yīng)的脈寬；在1000base-T的測(cè)試中，我們需要選擇測(cè)試的時(shí)間，從而控制平均次數(shù)。

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

1000base-T測(cè)試模式對(duì)應(yīng)表

第四步，根據(jù)接線圖搭建測(cè)試環(huán)境。一致性測(cè)試支持使用差分探頭和SMA進(jìn)行測(cè)試并且搭配有不同的連接方式指引，可以滿足更豐富的測(cè)試環(huán)境。連接圖中包括了DUT、線纜以及在不同測(cè)試項(xiàng)中使用到的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等儀器。當(dāng)同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試需要更改連線時(shí)，連接方式會(huì)以彈窗的形式彈出提示更改連線和測(cè)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(bào)告。在完成測(cè)量和計(jì)算后，示波器將會(huì)將計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)，不僅顯示被測(cè)件在特定的測(cè)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?？梢詫y(cè)試報(bào)告以HTML或者XML的格式導(dǎo)出，報(bào)告中會(huì)記錄每項(xiàng)測(cè)試的細(xì)節(jié)，包括峰峰值、標(biāo)準(zhǔn)差、統(tǒng)計(jì)次數(shù)和平均值。

測(cè)試難點(diǎn)

測(cè)試環(huán)境搭建

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

一致性測(cè)試軟件和夾具很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。在每一項(xiàng)測(cè)試開(kāi)始前，都會(huì)提示測(cè)試時(shí)夾具、示波器和被測(cè)物之間的連接方式，并且在測(cè)試中自動(dòng)配置好觸發(fā)模式、光標(biāo)、測(cè)量項(xiàng)等設(shè)置。

干擾測(cè)試

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

使用鼎陽(yáng)科技提供的夾具，在測(cè)試前需要先對(duì)輸入的信號(hào)源進(jìn)行校準(zhǔn)，由于經(jīng)過(guò)了夾具，添加到信號(hào)中的干擾和信號(hào)源輸出的信號(hào)不同，所以需要根據(jù)示波器上接收到的信號(hào)對(duì)信號(hào)源進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)際上，信號(hào)源輸出的信號(hào)往往大于示波器接收到的信號(hào)，同樣的，在測(cè)試的過(guò)程中示波器接收到的測(cè)試模式的信號(hào)也會(huì)在這個(gè)鏈路中進(jìn)行衰減，由于測(cè)得的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)差，失真也會(huì)和信號(hào)一起衰減。

在進(jìn)行傳輸失真測(cè)試的過(guò)程中，示波器會(huì)先去除干擾信號(hào)、補(bǔ)償測(cè)試夾具的損耗、對(duì)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)2MHz的高通濾波器進(jìn)行濾波，然后再提取DUT的傳輸時(shí)鐘，根據(jù)傳輸時(shí)鐘分離數(shù)據(jù)碼元，計(jì)算得到每個(gè)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?。╨imit< 10mV），使該項(xiàng)測(cè)試通過(guò)變得更加困難。

回波損耗測(cè)試

工業(yè)以太網(wǎng)一致性測(cè)試需要進(jìn)行回波損耗測(cè)試。該項(xiàng)測(cè)試需要用到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，鼎陽(yáng)的一致性測(cè)試軟件支持示波器控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。此測(cè)試項(xiàng)主要是驗(yàn)證在MDI接口處因阻抗不連續(xù)造成的信號(hào)反射是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，所以測(cè)試夾具和被測(cè)樣件之間的“鏈路”的品質(zhì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響很大。

其他層級(jí)的測(cè)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(cè)試，其他的很多層面也可以進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。比如有時(shí)我們需要對(duì)鏈路層的脈沖進(jìn)行測(cè)試，可以繪制對(duì)應(yīng)的模板來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

配置指南

SDS7000A-CT-100base-TX/SDS7000A-CT-1000base-T目前僅支持鼎陽(yáng)SDS7000A系列示波器，根據(jù)不同的測(cè)試需求需要使用額外的選件。下表列出了規(guī)范的最低要求，同時(shí)列出了鼎陽(yáng)科技為該類(lèi)測(cè)試提供的相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器。

完全符合100base-TX標(biāo)準(zhǔn)的最低配置訂單實(shí)例：

完全符合1000base-T標(biāo)準(zhǔn)的最低配置訂單實(shí)例：

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SIGLENT

深圳市鼎陽(yáng)科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“鼎陽(yáng)科技”，股票代碼：688112）是國(guó)家重點(diǎn)“小巨人”企業(yè)，是全球極少數(shù)具有數(shù)字示波器、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀四大通用電子測(cè)試測(cè)量?jī)x器主力產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售能力的通用電子測(cè)試測(cè)量?jī)x器企業(yè)，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)極少數(shù)同時(shí)擁有這四大主力產(chǎn)品并且四大主力產(chǎn)品全線進(jìn)入高端領(lǐng)域的企業(yè)。公司總部位于深圳，在美國(guó)克利夫蘭、德國(guó)奧格斯堡和日本東京成立了子公司，在成都成立了分公司，在北京、上海、西安、武漢、南京設(shè)立了辦事處，產(chǎn)品及服務(wù)遠(yuǎn)銷(xiāo)全球80多個(gè)國(guó)家及地區(qū)。

鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)

鼎陽(yáng)硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試智庫(kù)（簡(jiǎn)稱(chēng)鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)）由深圳市鼎陽(yáng)科技股份有限公司領(lǐng)銜創(chuàng)辦，是中國(guó)第一家“智力眾籌”模式的硬件智庫(kù)。

鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)順時(shí)順勢(shì)，倡導(dǎo)“連接-分享-協(xié)作-創(chuàng)造”的理念，高舉志愿者服務(wù)的大旗，相信互聯(lián)網(wǎng)是“愛(ài)”的大本營(yíng)，相信人們都有發(fā)自?xún)?nèi)心分享的愿望。

鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)選擇硬件領(lǐng)域最普遍的七類(lèi)問(wèn)題：電源，時(shí)鐘，DDR，低速總線，高速總線，EMC，測(cè)試測(cè)量進(jìn)行聚焦。尋找“最針尖”的問(wèn)題進(jìn)行研討，針對(duì)“最針尖”的問(wèn)題組織專(zhuān)家答疑，將硬件大師積累的寶貴知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)變成公眾財(cái)富，惠及更多硬件人。

鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)，群策群力，連接所有硬件人。

有硬件問(wèn)題，找鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)。