隨著ADAS（高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)）和車內(nèi)信息娛樂(lè)等高級(jí)汽車系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，汽車網(wǎng)絡(luò)中對(duì)更高數(shù)據(jù)傳輸速度的需求繼續(xù)增長(zhǎng)。為了支持這些帶寬要求，汽車行業(yè)越來(lái)越多地采用基于以太網(wǎng)的車載網(wǎng)絡(luò)。確保以太網(wǎng)組件發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、電纜和連接器的合規(guī)性對(duì)于在這些網(wǎng)絡(luò)中可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

圖1 車內(nèi)ECU

IEEE 802.3bw（100BASE-T1）和IEEE 802.2bp（1000BASE-TI）標(biāo)準(zhǔn)以及IEEE 802.3 ch Multigigabit Ethernet規(guī)范定義了一致性測(cè)試，以確保汽車以太網(wǎng)設(shè)備之間的互操作性。

這些標(biāo)準(zhǔn)中的兩個(gè)關(guān)鍵測(cè)試是：

介質(zhì)相關(guān)接口（MDI）回波損耗（RL）

模式轉(zhuǎn)換測(cè)量

MDI是指以太網(wǎng)收發(fā)器（PHY）和傳輸介質(zhì)（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(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，MDI通常連接到專為汽車環(huán)境設(shè)計(jì)的單對(duì)雙絞線。

MDI很重要，因?yàn)樗x了PHY如何連接到介質(zhì)，并設(shè)置了電氣要求，以確保來(lái)自不同供應(yīng)商的設(shè)備之間的適當(dāng)信號(hào)完整性和互操作性。

MDI回波損耗

回波損耗測(cè)量由于MDI處的阻抗失配而將多少信號(hào)反射回發(fā)射器。

目標(biāo)是確保發(fā)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(zhuǎn)換（損耗）

汽車以太網(wǎng)使用差分信號(hào)，信號(hào)通過(guò)兩個(gè)極性相反的導(dǎo)體傳輸。

模式轉(zhuǎn)換是指差模（所需信號(hào)）和共模（不需要的信號(hào)）之間的不需要的轉(zhuǎn)換。

該測(cè)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(cè)試評(píng)估被測(cè)接口，以確認(rèn)差分路徑在特定頻率范圍內(nèi)符合標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，特別是Open Alliance PMA TC8測(cè)試套件，是一組規(guī)范和測(cè)試流程，用于確保汽車以太網(wǎng)設(shè)備（如ECU）的物理層（PMA）符合該標(biāo)準(zhǔn)。這些測(cè)試對(duì)于在要求苛刻的汽車環(huán)境中的互操作性和可靠操作至關(guān)重要。

Tektronix 6系列示波器提供全面的Open Alliance PMA TC8測(cè)試套件，專注于驗(yàn)證汽車以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)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(cè)試用例列表。

注：測(cè)試套件可以驗(yàn)證回波損耗結(jié)果；然而，必須使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)執(zhí)行實(shí)際測(cè)量。突出顯示的“Return Loss”部分特別需要VNA，對(duì)于本應(yīng)用指南，我們使用的是安立MS46524B?？梢詫S46524B捕獲的S參數(shù)數(shù)據(jù)上傳到Tektronix 6系列示波器進(jìn)行驗(yàn)證。如果數(shù)據(jù)滿足規(guī)定的要求，則結(jié)果將被標(biāo)記為通過(guò)。

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

這里簡(jiǎn)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(jié)合用于精確的MDI 回波損耗和模式轉(zhuǎn)換測(cè)量的綜合測(cè)試解決方案。

IEEE一致性目標(biāo)

Compliance Targets

IEEE 802.3bw（100BASE-T1）和IEEE 802.3 bp（1000BASE-T1）標(biāo)準(zhǔn)定義了一致性測(cè)試，以確保汽車以太網(wǎng)設(shè)備之間的互操作性。

以下是100BASE-T1和1000BASE-T1的一致性目標(biāo)：

圖3 1000BASE-T1回波損耗與模式轉(zhuǎn)換一致性限制

推薦測(cè)試設(shè)置

通常使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）和適當(dāng)?shù)臏y(cè)試夾具執(zhí)行MDI 回波損耗和模式轉(zhuǎn)換損耗測(cè)試。

由于汽車以太網(wǎng)使用差分信號(hào)，因此MDI 回波損耗和模式轉(zhuǎn)換測(cè)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(cè)量，非常適合評(píng)估MDI和回波損耗性能。

安立ShockLine VNA支持基于SCPI的遠(yuǎn)程編程，允許集成到自動(dòng)化測(cè)試環(huán)境中。

圖4 ShockLine MS46522B 與 MS46524B VNA

VNA配置

表1 測(cè)試中所使用的VNA配置

圖5 測(cè)試設(shè)置概覽

測(cè)試設(shè)備配置

表2 測(cè)試設(shè)備配置

測(cè)試設(shè)置概覽

如圖5所示：

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

DUT通過(guò)USB連接到PC。

確保DUT和夾具共用一個(gè)公共接地平面至關(guān)重要；為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，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(zhuǎn)(m)適配器，以在測(cè)試期間為夾具提供低摩擦連接。

由于汽車以太網(wǎng)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(zhǔn)確的回?fù)p和模式轉(zhuǎn)換測(cè)量，必須精確校準(zhǔn)VNA（VNA配置詳情見(jiàn)表1）。安立的TOSLKF50A-20校準(zhǔn)套件用于將校準(zhǔn)平面移動(dòng)到夾具接口，消除電纜和組件影響。

測(cè)試前要求–OPEN Alliance的夾具資質(zhì)證明

在測(cè)量DUT的回波損耗和模式轉(zhuǎn)換損耗（對(duì)于100BASE-T1和1000BASE-TI）之前，必須滿足某些條件。

OPEN Alliance汽車以太網(wǎng)ECU測(cè)試規(guī)范Layer 1要求：

用于連接DUT MDI引腳的測(cè)試夾具必須滿足夾具模式轉(zhuǎn)換的規(guī)定限制。

這確保了可靠和準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

下面是夾具必須滿足的模式轉(zhuǎn)換損耗規(guī)范。

為驗(yàn)證一致性：

1.使用相位穩(wěn)定電纜和TOSLKF50A-20套件對(duì)VNA（采用表1配置）進(jìn)行校準(zhǔn)。

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(cè)開(kāi)放（未端接）。

3.測(cè)量SDC11。

4.結(jié)果應(yīng)滿足或低于如下所示的規(guī)定限值。

圖6 使用安立MS46524B VNA測(cè)量夾具的模式轉(zhuǎn)換損耗vs.規(guī)范

MDI回波損耗與模式轉(zhuǎn)換損耗測(cè)試流程：

1.使用之前校準(zhǔn)的設(shè)置

2.將相位穩(wěn)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(yú)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(cè)試模式。

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

圖7 SMI_AutomotiveGUI用戶界面

6.點(diǎn)擊“Refresh”后，以下界面將會(huì)顯示。

圖8 SMI_AutomotiveGUI用戶界面中的測(cè)試模式配置

100BASE-T1配置

將DUT配置為100BASE-T1測(cè)試模式：

  將硬件開(kāi)關(guān)設(shè)置為“100”測(cè)試模式、“Slave”模式，并選擇“SGMII”進(jìn)行寄存器訪問(wèn)，如下圖所示。

  然后，使用SMI Automotive Register Access Tool，將“011”寫(xiě)入100BASE-T1 PMA/PMD測(cè)試控制寄存器。

圖9 SMI_AutomotiveGUI用戶界面 - 100BAST-T1測(cè)試模式配置

100BASE-T1測(cè)試數(shù)據(jù)

回波損耗：

100BASE-T1的回波損耗測(cè)量結(jié)果與規(guī)范一起如下所示。測(cè)試結(jié)果符合要求的限制。

圖10 回波損耗結(jié)果 vs. 規(guī)范

模式轉(zhuǎn)換損耗：

100BASE-T1的模式轉(zhuǎn)換損耗測(cè)量結(jié)果與規(guī)范一起如下所示。測(cè)試結(jié)果在可接受范圍內(nèi)。

圖11 模式轉(zhuǎn)換損耗結(jié)果 vs. 規(guī)范

1000BASE-T1配置

將DUT配置為1000BASE-T1測(cè)試模式：

  將硬件開(kāi)關(guān)設(shè)置為“1000”測(cè)試模式、“Slave”模式，并選擇“SGMII”進(jìn)行寄存器訪問(wèn)，如下圖所示。

  然后，使用SMI Automotive Register Access Tool，將“111”寫(xiě)入1000BASE-T1 PMA/PMD測(cè)試控制寄存器。

圖12 SMI_AutomotiveGUI用戶界面 - 1000BAST-T1測(cè)試模式配置

1000BASE-T1測(cè)試數(shù)據(jù)

回波損耗：

1000BASE-T1的回波損耗測(cè)量結(jié)果與規(guī)范一起如下所示。DUT通過(guò)一致性標(biāo)準(zhǔn)。

圖13 回波損耗結(jié)果 vs. 規(guī)范

模式轉(zhuǎn)換損耗：

1000BASE-T1的模式轉(zhuǎn)換損耗測(cè)量結(jié)果與對(duì)應(yīng)規(guī)范一起如下所示。測(cè)試結(jié)果符合要求的限制。

圖14 回波損耗結(jié)果 vs. 規(guī)范

總結(jié)

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(wǎng)MDI回波損耗和模式轉(zhuǎn)換測(cè)量解決方案。該解決方案提供了一個(gè)可靠的、基于VNA的準(zhǔn)確和可靠的測(cè)量方法。安立和泰克儀器套件一起提供了一個(gè)完整而靈活的平臺(tái)，用于驗(yàn)證汽車應(yīng)用中的100BASE-T1和1000BASE-TI以太網(wǎng)組件。