泰克Tektronix 6系列示波器汽车以太网测试方案

随着ADAS（高级驾驶员辅助系统）和车内信息娱乐等高级汽车系统变得越来越复杂，汽车网络中对更高数据传输速度的需求继续增长。为了支持这些带宽要求，汽车行业越来越多地采用基于以太网的车载网络。确保以太网组件发射机、接收机、电缆和连接器的合规性对于在这些网络中可靠运行至关重要。

图1 车内ECU

IEEE 802.3bw（100BASE-T1）和IEEE 802.2bp（1000BASE-TI）标准以及IEEE 802.3 ch Multigigabit Ethernet规范定义了一致性测试，以确保汽车以太网设备之间的互操作性。

这些标准中的两个关键测试是：

介质相关接口（MDI）回波损耗（RL）

模式转换测量

MDI是指以太网收发器（PHY）和传输介质（如双绞线）之间的物理和电气接口。在100BASE-T1、1000BASE-TI和MultiGBASE-T1（IEEE 802.3ch）等汽车以太网标准中，MDI通常连接到专为汽车环境设计的单对双绞线。

MDI很重要，因为它定义了PHY如何连接到介质，并设置了电气要求，以确保来自不同供应商的设备之间的适当信号完整性和互操作性。

MDI回波损耗

回波损耗测量由于MDI处的阻抗失配而将多少信号反射回发射器。

目标是确保发射器输出的阻抗与电缆的特性阻抗匹配（通常为100Ω差分），最大限度减少反射

模式转换（损耗）

汽车以太网使用差分信号，信号通过两个极性相反的导体传输。

模式转换是指差模（所需信号）和共模（不需要的信号）之间的不需要的转换。

该测试检查MDI保持差分完整性的程度，以最大限度地减少共模泄漏。

这些测试评估被测接口，以确认差分路径在特定频率范围内符合标准。

IEEE 802.3标准，特别是Open Alliance PMA TC8测试套件，是一组规范和测试流程，用于确保汽车以太网设备（如ECU）的物理层（PMA）符合该标准。这些测试对于在要求苛刻的汽车环境中的互操作性和可靠操作至关重要。

Tektronix 6系列示波器提供全面的Open Alliance PMA TC8测试套件，专注于验证汽车以太网实现的物理层（PMA），包括10Base-T1S、100Base-T1、1000Base-T1和MultiGBase-T1配置。下面的示例屏幕截图显示了1000Base-T1的测试用例列表。

注：测试套件可以验证回波损耗结果；然而，必须使用矢量网络分析仪(VNA)执行实际测量。突出显示的“Return Loss”部分特别需要VNA，对于本应用指南，我们使用的是安立MS46524B。可以将MS46524B捕获的S参数数据上传到Tektronix 6系列示波器进行验证。如果数据满足规定的要求，则结果将被标记为通过。

图2 Tektronix 6系列示波器中1000BASE-T1 Test Suite

这里简单概述了使用安立ShockLine™VNA（MS46524B）与Tektronix支持工具和第三方夹具相结合用于精确的MDI 回波损耗和模式转换测量的综合测试解决方案。

IEEE一致性目标

Compliance Targets

IEEE 802.3bw（100BASE-T1）和IEEE 802.3 bp（1000BASE-T1）标准定义了一致性测试，以确保汽车以太网设备之间的互操作性。

以下是100BASE-T1和1000BASE-T1的一致性目标：

图3 1000BASE-T1回波损耗与模式转换一致性限制

推荐测试设置

通常使用矢量网络分析仪（VNA）和适当的测试夹具执行MDI 回波损耗和模式转换损耗测试。

由于汽车以太网使用差分信号，因此MDI 回波损耗和模式转换测试也必须是差分的。

安立ShockLine MS46522B（2端口）和MS46524B（4端口）VNA提供高性能差分测量，非常适合评估MDI和回波损耗性能。

安立ShockLine VNA支持基于SCPI的远程编程，允许集成到自动化测试环境中。

图4 ShockLine MS46522B 与 MS46524B VNA

VNA配置

表1 测试中所使用的VNA配置

图5 测试设置概览

测试设备配置

表2 测试设备配置

测试设置概览

如图5所示：

VNA相位稳定电缆连接到Wilder Technologies的夹具，该夹具使用MATEnet(f)转MATEnet(f)电缆连接到汽车以太网DUT。

DUT通过USB连接到PC。

确保DUT和夹具共用一个公共接地平面至关重要；为了实现这一点，如图所示使用香蕉夹。

此外，在其中一根同轴电缆上使用SMA(f)转(m)适配器，以在测试期间为夹具提供低摩擦连接。

由于汽车以太网缺少像RJ45这样的通用连接器，用户必须选择与其DUT的连接器类型兼容的夹具。

为了确保准确的回损和模式转换测量，必须精确校准VNA（VNA配置详情见表1）。安立的TOSLKF50A-20校准套件用于将校准平面移动到夹具接口，消除电缆和组件影响。

测试前要求–OPEN Alliance的夹具资质证明

在测量DUT的回波损耗和模式转换损耗（对于100BASE-T1和1000BASE-TI）之前，必须满足某些条件。

OPEN Alliance汽车以太网ECU测试规范Layer 1要求：

用于连接DUT MDI引脚的测试夹具必须满足夹具模式转换的规定限制。

这确保了可靠和准确的测量结果。

下面是夹具必须满足的模式转换损耗规范。

为验证一致性：

1.使用相位稳定电缆和TOSLKF50A-20套件对VNA（采用表1配置）进行校准。

2.将连接有MATEnet电缆的夹具直接连接到VNA端口，留下夹具的DUT侧开放（未端接）。

3.测量SDC11。

4.结果应满足或低于如下所示的规定限值。

图6 使用安立MS46524B VNA测量夹具的模式转换损耗vs.规范

MDI回波损耗与模式转换损耗测试流程：

1.使用之前校准的设置

2.将相位稳定电缆连接到夹具，再使用MATEnet电缆将夹具和DUT相连。

3.使用鳄鱼夹或香蕉夹将夹具和DUT接地，作为共享接地平面。

4.使用Infineon的SMI Automotive Register Access Tool将DUT配置为100BASE-T1或1000BASE-TI测试模式。

5.启动SMI_AutomotiveGUI，并选择下图中红色框突出显示的选项，然后单击“Refresh”。

图7 SMI_AutomotiveGUI用户界面

6.点击“Refresh”后，以下界面将会显示。

图8 SMI_AutomotiveGUI用户界面中的测试模式配置

100BASE-T1配置

将DUT配置为100BASE-T1测试模式：

  将硬件开关设置为“100”测试模式、“Slave”模式，并选择“SGMII”进行寄存器访问，如下图所示。

  然后，使用SMI Automotive Register Access Tool，将“011”写入100BASE-T1 PMA/PMD测试控制寄存器。

图9 SMI_AutomotiveGUI用户界面 - 100BAST-T1测试模式配置

100BASE-T1测试数据

回波损耗：

100BASE-T1的回波损耗测量结果与规范一起如下所示。测试结果符合要求的限制。

图10 回波损耗结果 vs. 规范

模式转换损耗：

100BASE-T1的模式转换损耗测量结果与规范一起如下所示。测试结果在可接受范围内。

图11 模式转换损耗结果 vs. 规范

1000BASE-T1配置

将DUT配置为1000BASE-T1测试模式：

  将硬件开关设置为“1000”测试模式、“Slave”模式，并选择“SGMII”进行寄存器访问，如下图所示。

  然后，使用SMI Automotive Register Access Tool，将“111”写入1000BASE-T1 PMA/PMD测试控制寄存器。

图12 SMI_AutomotiveGUI用户界面 - 1000BAST-T1测试模式配置

1000BASE-T1测试数据

回波损耗：

1000BASE-T1的回波损耗测量结果与规范一起如下所示。DUT通过一致性标准。

图13 回波损耗结果 vs. 规范

模式转换损耗：

1000BASE-T1的模式转换损耗测量结果与对应规范一起如下所示。测试结果符合要求的限制。

图14 回波损耗结果 vs. 规范

总结

本文档介绍了使用ShockLine MS46524B 4端口VNA和第三方夹具的安立/泰克汽车以太网MDI回波损耗和模式转换测量解决方案。该解决方案提供了一个可靠的、基于VNA的准确和可靠的测量方法。安立和泰克仪器套件一起提供了一个完整而灵活的平台，用于验证汽车应用中的100BASE-T1和1000BASE-TI以太网组件。