1000Base-T1协议解读(基于802.3bq-2016 和Test Suite)

一、说明

1000Base-T1是由一对双绞线实现全双工传输的以太网标准,采用PAM3编码方式(-1,0,1),编码后的实际传输符号速率为750Mbps。该标准的车载最大传输距离可达15米,主要应用于汽车产品开发过程。测试过程示波器要求带宽≥2G,采样率≥7.5Gbps,网分带宽≥1G。

千兆车载以太网通过首先通过80B/81B的编码方式(效率98.7%),然后每45个80B/81B的块伴随着9bit的OAM(操作、管理和维护)数据以及396bit的RS-FEC纠错码,接着使用3B2T技术转成PAM3编码(效率为150%),因此符号速率750MHz的数据传输速率=750*1.5*(45*80)/(45*81+9+396)=1000Mbps。

车用最高支持传输15m(Type A,最多4个连接器),其他工业或消费品使用可以支持高达40m传输距离(Type B,最多4个连接器)。

注意,由于官方测试文档部分仪器设置或参数要求和协议不一致,本文按测试文档为准。

二、参数要求

1.测试模式

测试模式由3个bit控制(1.2307.15:13,),共8个状态,其中有6个测试模式,1个正常模式,1个模式保留,如下:

1)测试模式1

本模式主要用来分别测试主、从模式下的时钟抖动,Master下要求TIE jitter的均方根值<5ps,峰峰值<50ps;Slave下要求TIE jitter的均方根值<10ps,峰峰值<100ps。需要注意测试点的位置需要和提前供应商确认,设计时添加相关电路。

环境系统框图如下:

操作步骤(以Master举例):

  • 设置DUT为Test Mode 1,并且强制DUT进入Master状态(本模式下DUT会发出125MHz的时钟波形);

  • LP同样设置为Test Mode 1,并且强制进入Slave状态;

  • 示波器至少抓取1ms的数据(内部使用5MHz带宽的滤波器)

  • 计算出RMS TIE jitter<5ps;TIE jitter的峰峰值<50ps

2)测试模式2

本模式主要为了测试Mater状态下MDI的抖动及时钟频率。当打开Test Mode 2后,TX就会发送3个1+3个0组成的测试码形,由于符号速率是750MHz,则测试码形就是125MHz的波形。

测试环境系统搭建如下:

操作步骤:

  • DUT设置为Test Mode 2(125MHz的波形);

  • 按以上环境连接完成,示波器内部5MHz带宽的滤波器打开,量测至少1ms

  • 计算出TIE jitter的均方根值,要求RMS TIE jitter<5ps;TIE jitter的峰峰值<50ps;

  • 使用一个窄带宽的PLL,计算出时钟频率,要求范围是【749.925MHz~750.075MHz】,也就是±100ppm;

3)测试模式4

本模式主要测试在有特定干扰信号的情况下的峰值失真。

测试环境搭建如下:

操作步骤:

  • 设置DUT为Test Mode 4;

  • 设置信号发生器输出3.6V峰峰值的125MHz的正弦波,注意输出差分阻抗为100Ω;其中SFDR是指:spurious-free dynamic range 无杂散动态范围;

  • 至少连续采样40us,并计算1个UI上10个均匀间隔相位偏移时的峰值失真,要求<15mV;

4)测试模式5

本模式主要用来测试发射机功率谱密度(PSD)、功率电平(Power Level)和输出电平的峰峰值,在Master状态下发送帧间的空闲信号。

测试环境搭建如下:

操作步骤:

  • 设置DUT进入Test Mode 5;

  • 按测试环境搭建测试系统,其中SA设置:RBW=100KHz,VBW=300KHz,Sweep time>1s,RMS Detector;

  • PSD测试上下限曲线如下公式所述,实测值应在两条曲线中:

  • Power level值应<5dBm;

  • SA换成示波器,量测输出波形的峰峰值,要求<1.3V;

5)测试模式6

本模式主要用来测试最大输出跌落Droop,码形由15个-1和15个1组成的25MHz波形;

测试环境搭建如下:

操作步骤:

设置DUT为Test Mode 6,并按上述测试环境连接系统;

在上升沿的0V电平后延迟4ns的电平值,命名为Vinit,延迟16ns后的电平值为V delay;

计算P衰减值Droop=(V delayVinit)/Vinit*100%(一般会测试3~5次求平均值);

在下降沿的0V电平后延迟4ns的电平值,命名为Vinit,延迟16ns后的电平值为V delay;

计算N衰减值Droop=(V delay-Vinit)/Vinit*100%(一般会测试3~5次求平均值);

6)测试模式7

本模式主要用来测试误码率,包括最差电缆、最坏情况下的耦合噪声以及最大/最小频率的数据三种状态,确保误码率低于10的-10次方,本文就不展开讲了。

2.Type A传输线要求

1)插损

传输线插损在频率范围1~600MHz内要求如下:

Limit曲线图如下:

2)回波损耗

传输线回损在1~600MHz频率范围内的要求如下:

Limit曲线如下:

3)模式转换损耗

模式转换损耗包括SDC11、SDC22、SDC21,要求在10~600MHz频率范围内符合以下要求:

Limit曲线如下:

4)延迟

传输线在2~600MHz内延迟均不能超过94ns。

3.Type B传输线要求

1)插损

传输线插损在频率范围1~600MHz内要求如下:

Limit曲线图如下:

2)回波损耗

回损要求同Type A一致。

3)延迟

传输线在2~600MHz内延迟均不能超过234ns。

4)耦合衰减Coupling attenuation

本项测试需要依据IEC 62153-4–14,要求如下:

当然协议也规定了其他耦合参数,例如近端和远端耦合限制等,在此不一一赘述了。

4.MDI参数要求

1)MDI电气参数

测试要求参见测试模式的具体描述。

2)MDI回损

回损要求在2~600M频率范围内满足以下要求:

Limit曲线如下:

3)MDI模式转换损耗

SDC11/SCD11要求在10~600M频率范围内满足以下要求:

Limit曲线如下:

4)S参数测试系统及设置

MDI S参数测试系统如下:

网分需要按如下参数设置:

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