【测试方案_100 BASE-T1】快速掌握100BASE-T1 PMA物理层一致性测试
1. 车载以太网概述
1. 以太网：最早于1973年发布的一种局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。符合IEEE802.3标准；
2. 车载以太网：
- 一种用以太网连接车内电子控制单元（ECU）的新型局域网技术；
- 在单对非屏蔽/屏蔽双绞线上可实现10Mbps、 100Mbps、1Gbps、2.5/5/10Gbps传输速率；
- 满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求；
1.1. 车载以太网发展史
- 2008年，BMW第一次将100BASE-T技术应用于车载诊断系统（OBD）；
- 2011年，博通（Broadcom）推出BroadR-Reach车载以太网技术，实现以太网从OBD应用到车载网络的过渡；
- BroadR-Reach技术满足严格的行业要求：如电磁兼容性（EMC）、耐热性、故障时间（FIT）率、具有系统兼容性的车载开放架构；
- 2011年11月，OPEN联盟（One-PairEthernetAlliance）成立！
- 最初由博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）、飞思卡尔（Freescale）和哈曼国际（HARMAN）发起成立，目前超过300多名成员，旨在推动将基于以太网的技术标准应用于车内联网制定100Mbit/s BroadR-Reach的物理层标准并将其推广成为开放的产业标准；
- 2014年，首款采用BroadR-Reach以太网技的量产车型——BMWX5；
- 目前，几乎所有主流品牌车型都已经或即将集成BroadR-Reach/1000BASE-T1技术；
- BroadR-Reach技术起源于博通公司，经由 OPEN联盟推广，基于新的行业及市场需求，IEEE开始制定车载以太网规范；
1.2. 车载以太网官方组织
1. 定义车载以太网标准的官方组织：
- OPEN联盟（One-pair Ethernet Alliance）；
- IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）电气和电子工程；
2. 多种车载以太网标准：
- BroadR-Reach/100BASE-T1：基于BRR技术，最先由OPEN联盟定义，IEEE 802.3bw规范；
- 1000BASE-T1/RTPGE：IEEE 802.3bp规范；
- 10BASE-T1：IEEE 802.3cg规范；
- 2.5/5/10GBASE-T：IEEE 802.3ch规范；
1.3. 车载以太网技术优点
- 更高传输速率（100Mbps & 1000Mbps）
- 适应严苛的汽车电子应用环境（温度、应力、 复杂电子环境）
- 成本更低、质量更轻：减少高达80％的连接成本、高达30％的布线重量（仅1对双绞线）
- 高可靠性、低功耗
- 低电磁辐射，满足特定EMC标准：优化DSP技术以满足汽车辐射环境要求、PAM3编码提升抗噪能力
1.4. 100BASE-T1以太网简介
- 简称：BroadR-Reach或100BASE-T1
- BroadR-Reach车载以太网源于100BASE-TX及1000BASE-T技术，传输速率66.666Mbps
- 采用4B3B、PAM-3编码
- PAM-3编码具备更高的频谱效率，可提升回损、减小串扰 和EMI。对线缆质量要求也更低，从而节省成本
- 主要应用在汽车视听系统上，如倒车摄像传输
2. 100BASE-T1 PMA测试
2.1. 测试项目
BroadR-Reach/100BASE-T1常规测试项：
2.2. 测试模式
为完成不同一致性测试项，需要将DUT PHY通过修改寄存器的方式设置为不同的测试模式，以发
出特定数据包；
| 测试模式 | 模式定义 | 模式 |
| test mode1 | 周期性发出,40个+1，40个-1符号 | |
| test mode2 | +1/-1 交替最快跳变 | |
| test mode4 | 2047 位伪随机 PAM3 序列 | |
| test mode5 | 正常扰频随机数据 |
2.3. 测试项目
2.3.1. 传输衰落（Output Droop）
- 测试组网：
- 测试步骤：
- 将被测设备（DUT）连接至稳定电源。
- 通过链路伙伴（Link Partner）或其他接口（如 100BASE‑T1、标准以太网、CAN、FlexRay 等）将 DUT 的 PHY 设置为测试模式。
- DUT 必须能够将其 PHY 配置为测试模式 1（Test Mode 1）
- 测试标准：
正/负峰值后500ns处的幅值相对峰 值Vpk的衰落Vd占峰值的比例应小于45%
- 测试结果：
| Postive droop | Negative droop |
2.3.2. 传输失真（Transmitter Distortion）
- 测试组网：
- 测试步骤：
- 配置被测设备（DUT），使其发射为测试模式 4（Test Mode 4）的 波形。
- 按照文献 的描述配置干扰源（disturber source）（干扰源：频率11.111 MHz峰峰值5.4 V的干扰信号e.g. R&S RTO-B6/RTP-B6）。
- 将 MDI 接口的BI_DA差分信号线连接至测试夹具 2（Test Fixture 2）。
- 捕获测试模式 4 波形中连续 2ms 的符号。
- 使用文献 [3] 提供的代码，在 MATLAB 中处理这段 2ms 的捕获数据，计算1 个单位间隔（1 UI）内至少 10 个均匀分布相位偏移点上的峰值失真。
- 测试标准：
使用规范定义的MATLAB脚本计算每个符号周期内至少10个等分相位处（视采样率而定）采得的峰值失真，需小于15mV
- 测试结果：
2.3.3. 时钟频率（Clock Frequency）
- 测试组网：
- 测试步骤：
- 配置被测设备（DUT），使其工作在发射机测试模式 2。
- 将 MDI 的 BI_DA 信号线连接至测试夹具 1。
- 使用 窄带锁相环（PLL）从发射符号中提取时钟频率。
- 为提升测量精度，多次重复步骤 3。
- 测量发射时钟的频率。
- 测试标准：
662/3MHz±100ppm，即66.6603MHz to 66.6736 MHz
- 测试结果：
2.3.4. 传输时间抖动（Timing Jitter）
- 测试组网：
- MASTER transmitter timing jitter测试步骤：
- 配置被测设备（DUT）使其工作于发射机测试模式 2。
- 将 MDI 接口的 BI_DA 信号连接至测试夹具 1。
- 捕获至少 1 ms的波形数据，并对捕获数据进行处理，以计算RMS TIE 抖动。
- 为提高测量精度，多次重复步骤 3。
- SLAVE transmitter timing jitter测试步骤：
- 配置被测设备（DUT）工作在正常模式，并强制为SLAVE（从模式）。
- 配置链路伙伴（LP）工作在正常模式，并强制为MASTER（主模式）。
- 将 DUT 的 TX_TCLK 信号连接至示波器（DSO）。
- 使用短车载线缆建立 DUT 与 LP 之间的链路。
- 捕获至少 1ms 的波形数据，处理 TX_TCLK 信号并计算RMS TIE 抖动。
- 为提高测量精度，多次重复步骤 5。
- 测试标准：
- 当DUT处于Master模式，MDI输出的TIE抖动RMS值需小于50ps；
2.DUT处于Slave模式下的TIE抖动RMS值应小于150ps。
- 测试结果：
| Master | Slave |
2.3.5. 功率谱密度、峰值差分输出（PSD & Peak differential output）
- 测试组网：
- 测试步骤：
- 配置被测设备（DUT）使其工作在发射机测试模式 5。
- 将 MDI 接口的 BI_DA 信号连接至测试夹具 3。
- 配置频谱分析仪（SA）参数如下：分辨率带宽 RBW = 10 kHz，视频带宽 VBW = 30 kHz，扫描时间 > 60 秒，检波器为 RMS；若使用示波器（DSO），需配置等效参数。
- 使用频谱分析仪（或示波器）捕获测试模式 5 波形的频谱。
- 计算发射机的功率谱密度（PSD）。
- 测试标准：
峰值差分输出 ＜2.2V
- 测试结果：
2.3.6. MDI回损（Return Loss）
- 测试组网：
- 测试步骤：
- 将被测设备（DUT）配置为 【SLAVE（从模式）】工作。
- 对矢量网络分析仪（VNA）、时域反射仪（TDR）或示波器（DSO）进行校准，以消除测试夹具与连接线缆带来的影响。
- 将 MDI 接口的BI_DA差分信号线连接至测试设备。
- 以100Ω 特性阻抗为参考，测量 MDI 接口处的反射参数。
- 测试标准：
- 测试结果：
2.3.7. 模式转换损耗 (MDI mode conversion loss)
- 测试组网：
- 测试步骤：
- 矢量网络分析仪（VNA）、具备频域分析功能的时域反射仪（TDR），或具备频域分析功能的数字示波器（DSO）
- 差分探头，或带等长 50Ω 同轴电缆的 2 针转 SMA 适配器
- 短车载以太网线缆
- 将被测设备（DUT）配置为 【从模式（SLAVE）】工作。
- 对矢量网络分析仪（VNA）、时域反射仪（TDR）或示波器（DSO）进行校准，消除测试夹具与连接线缆的影响。
- 将 MDI 接口的 BI_DA 差分信号线连接至测试设备。
- 以100 Ω 特性阻抗为参考，测量 MDI 接口的模式转换损耗。
- 测试标准：
- 测试结果：