隨著ADAS（高級駕駛員輔助系統）和車內信息娛樂等高級汽車系統變得越來越復雜，汽車網絡中對更高數據傳輸速度的需求繼續增長。為了支持這些帶寬要求，汽車行業越來越多地采用基于以太網的車載網絡。確保以太網組件發射機、接收機、電纜和連接器的合規性對于在這些網絡中可靠運行至關重要。

圖1 車內ECU

IEEE 802.3bw（100BASE-T1）和IEEE 802.2bp（1000BASE-TI）標準以及IEEE 802.3 ch Multigigabit Ethernet規范定義了一致性測試，以確保汽車以太網設備之間的互操作性。

這些標準中的兩個關鍵測試是：

介質相關接口（MDI）回波損耗（RL）

模式轉換測量

MDI是指以太網收發器（PHY）和傳輸介質（如雙絞線）之間的物理和電氣接口。在100BASE-T1、1000BASE-TI和MultiGBASE-T1（IEEE 802.3ch）等汽車以太網標準中，MDI通常連接到專為汽車環境設計的單對雙絞線。

MDI很重要，因為它定義了PHY如何連接到介質，并設置了電氣要求，以確保來自不同供應商的設備之間的適當信號完整性和互操作性。

MDI回波損耗

回波損耗測量由于MDI處的阻抗失配而將多少信號反射回發射器。

目標是確保發射器輸出的阻抗與電纜的特性阻抗匹配（通常為100Ω差分），最大限度減少反射

模式轉換（損耗）

汽車以太網使用差分信號，信號通過兩個極性相反的導體傳輸。

模式轉換是指差模（所需信號）和共模（不需要的信號）之間的不需要的轉換。

該測試檢查MDI保持差分完整性的程度，以最大限度地減少共模泄漏。

這些測試評估被測接口，以確認差分路徑在特定頻率范圍內符合標準。

IEEE 802.3標準，特別是Open Alliance PMA TC8測試套件，是一組規范和測試流程，用于確保汽車以太網設備（如ECU）的物理層（PMA）符合該標準。這些測試對于在要求苛刻的汽車環境中的互操作性和可靠操作至關重要。

Tektronix 6系列示波器提供全面的Open Alliance PMA TC8測試套件，專注于驗證汽車以太網實現的物理層（PMA），包括10Base-T1S、100Base-T1、1000Base-T1和MultiGBase-T1配置。下面的示例屏幕截圖顯示了1000Base-T1的測試用例列表。

注：測試套件可以驗證回波損耗結果；然而，必須使用矢量網絡分析儀(VNA)執行實際測量。突出顯示的“Return Loss”部分特別需要VNA，對于本應用指南，我們使用的是安立MS46524B?？梢詫S46524B捕獲的S參數數據上傳到Tektronix 6系列示波器進行驗證。如果數據滿足規定的要求，則結果將被標記為通過。

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

這里簡單概述了使用安立ShockLine?VNA（MS46524B）與Tektronix支持工具和第三方夾具相結合用于精確的MDI 回波損耗和模式轉換測量的綜合測試解決方案。

IEEE一致性目標

Compliance Targets

IEEE 802.3bw（100BASE-T1）和IEEE 802.3 bp（1000BASE-T1）標準定義了一致性測試，以確保汽車以太網設備之間的互操作性。

以下是100BASE-T1和1000BASE-T1的一致性目標：

圖3 1000BASE-T1回波損耗與模式轉換一致性限制

推薦測試設置

通常使用矢量網絡分析儀（VNA）和適當的測試夾具執行MDI 回波損耗和模式轉換損耗測試。

由于汽車以太網使用差分信號，因此MDI 回波損耗和模式轉換測試也必須是差分的。

安立ShockLine MS46522B（2端口）和MS46524B（4端口）VNA提供高性能差分測量，非常適合評估MDI和回波損耗性能。

安立ShockLine VNA支持基于SCPI的遠程編程，允許集成到自動化測試環境中。

圖4 ShockLine MS46522B 與 MS46524B VNA

VNA配置

表1 測試中所使用的VNA配置

圖5 測試設置概覽

測試設備配置

表2 測試設備配置

測試設置概覽

如圖5所示：

VNA相位穩定電纜連接到Wilder Technologies的夾具，該夾具使用MATEnet(f)轉MATEnet(f)電纜連接到汽車以太網DUT。

DUT通過USB連接到PC。

確保DUT和夾具共用一個公共接地平面至關重要；為了實現這一點，如圖所示使用香蕉夾。

此外，在其中一根同軸電纜上使用SMA(f)轉(m)適配器，以在測試期間為夾具提供低摩擦連接。

由于汽車以太網缺少像RJ45這樣的通用連接器，用戶必須選擇與其DUT的連接器類型兼容的夾具。

為了確保準確的回損和模式轉換測量，必須精確校準VNA（VNA配置詳情見表1）。安立的TOSLKF50A-20校準套件用于將校準平面移動到夾具接口，消除電纜和組件影響。

測試前要求–OPEN Alliance的夾具資質證明

在測量DUT的回波損耗和模式轉換損耗（對于100BASE-T1和1000BASE-TI）之前，必須滿足某些條件。

OPEN Alliance汽車以太網ECU測試規范Layer 1要求：

用于連接DUT MDI引腳的測試夾具必須滿足夾具模式轉換的規定限制。

這確保了可靠和準確的測量結果。

下面是夾具必須滿足的模式轉換損耗規范。

為驗證一致性：

1.使用相位穩定電纜和TOSLKF50A-20套件對VNA（采用表1配置）進行校準。

2.將連接有MATEnet電纜的夾具直接連接到VNA端口，留下夾具的DUT側開放（未端接）。

3.測量SDC11。

4.結果應滿足或低于如下所示的規定限值。

圖6 使用安立MS46524B VNA測量夾具的模式轉換損耗vs.規范

MDI回波損耗與模式轉換損耗測試流程：

1.使用之前校準的設置

2.將相位穩定電纜連接到夾具，再使用MATEnet電纜將夾具和DUT相連。

3.使用鱷魚夾或香蕉夾將夾具和DUT接地，作為共享接地平面。

4.使用Infineon的SMI Automotive Register Access Tool將DUT配置為100BASE-T1或1000BASE-TI測試模式。

5.啟動SMI_AutomotiveGUI，并選擇下圖中紅色框突出顯示的選項，然后單擊“Refresh”。

圖7 SMI_AutomotiveGUI用戶界面

6.點擊“Refresh”后，以下界面將會顯示。

圖8 SMI_AutomotiveGUI用戶界面中的測試模式配置

100BASE-T1配置

將DUT配置為100BASE-T1測試模式：

  將硬件開關設置為“100”測試模式、“Slave”模式，并選擇“SGMII”進行寄存器訪問，如下圖所示。

  然后，使用SMI Automotive Register Access Tool，將“011”寫入100BASE-T1 PMA/PMD測試控制寄存器。

圖9 SMI_AutomotiveGUI用戶界面 - 100BAST-T1測試模式配置

100BASE-T1測試數據

回波損耗：

100BASE-T1的回波損耗測量結果與規范一起如下所示。測試結果符合要求的限制。

圖10 回波損耗結果 vs. 規范

模式轉換損耗：

100BASE-T1的模式轉換損耗測量結果與規范一起如下所示。測試結果在可接受范圍內。

圖11 模式轉換損耗結果 vs. 規范

1000BASE-T1配置

將DUT配置為1000BASE-T1測試模式：

  將硬件開關設置為“1000”測試模式、“Slave”模式，并選擇“SGMII”進行寄存器訪問，如下圖所示。

  然后，使用SMI Automotive Register Access Tool，將“111”寫入1000BASE-T1 PMA/PMD測試控制寄存器。

圖12 SMI_AutomotiveGUI用戶界面 - 1000BAST-T1測試模式配置

1000BASE-T1測試數據

回波損耗：

1000BASE-T1的回波損耗測量結果與規范一起如下所示。DUT通過一致性標準。

圖13 回波損耗結果 vs. 規范

模式轉換損耗：

1000BASE-T1的模式轉換損耗測量結果與對應規范一起如下所示。測試結果符合要求的限制。

圖14 回波損耗結果 vs. 規范

總結

本文檔介紹了使用ShockLine MS46524B 4端口VNA和第三方夾具的安立/泰克汽車以太網MDI回波損耗和模式轉換測量解決方案。該解決方案提供了一個可靠的、基于VNA的準確和可靠的測量方法。安立和泰克儀器套件一起提供了一個完整而靈活的平臺，用于驗證汽車應用中的100BASE-T1和1000BASE-TI以太網組件。