作者丨鼎阳科技 张贺阳

引言

随着工业自动化的快速发展，工业以太网作为关键的通信技术，在工业控制领域的应用日益广泛。工业以太网一致性测试的背景源于多方面的需求和挑战。

一方面，工业生产对网络通信的可靠性、实时性和稳定性要求极高。不同厂家生产的网络设备若不能遵循统一的标准，将可能导致数据传输错误、延迟甚至中断，严重影响生产效率和质量。另一方面，随着工业以太网的不断演进，其速率从最初的较低水平逐渐提升至千兆甚至更高，新的技术和编码方式不断涌现。这使得网络设备的复杂性大幅增加，对其性能和兼容性的要求也更为严格。同时，为了实现不同厂家设备之间的互联互通，确保工业以太网在各种复杂环境下的稳定运行，需要对网络设备进行一致性测试，以验证其是否符合特定的标准和规范。

因此，为了确保以太网的数据能够可靠传输，保障工业自动化系统的稳定运行，作为最底层的结构，物理层的一致性验证不可或缺。

难点与挑战

无论是100base-TX还是1000base-T的测试，都涉及到多台设备协同工作。这对于产品的相互控制进行测试项的配置和数据的读写都有了更高的要求，对于公司的产品丰富度也是一个挑战。

对于自动化测试应用，能够稳定地自动捕获信号是一大挑战，我们根据标准创建了自动化、重复性强的一致性测试程序。这些一致性测试软件可以根据IEEE/OPEN Alliance规范自动执行物理层测试。

工业以太网一致性测试常见测试项：

·基本的一致性测试

·回波损耗测试

·失真测试（1000base-T）

解决方案

工业以太网物理层验证概述

鼎阳科技提供的工业以太网电气一致性分析解决方案可以自动化进行百兆、千兆以太网电气测试，从而节省宝贵的测试和验证时间。

在执行以太网一致性测试时，如何正确搭建环境、被测件（DUT:Device under test）应该发出什么样的测试波形。怎么通过与标准中给出的极限值对比来分析测量结果，这些都是需要解决的问题。SDS7000A-CT-100base-TX/SDS7000A-CT-1000base-T能够帮助和引导您完成其中大部分操作。

不管是百兆以太网还是千兆以太网，对于一致性测试的各项测试波形都有明确的要求。要求被测设备根据测试项目提供对应的波形以供测试。对于各类主流的网卡芯片，可以通过修改相关寄存器，或者使用芯片厂商提供的发包工具来主动发包，来控制被测设备发出对应的波形进行测试。测试完毕退出测试模式即可。

主动发包具有主观的操作界面，但其应用对象具有明显的局限性。在百兆以太网的测试中，当DUT无法运行DOS或Windows系统时，或者测试者不方便配置DUT进入测试模式下，则无法控制发包。这时则需要使用诱导发包的方法来引导DUT发出空闲（IDLE）模式波形后进行测试。

诱导发包利用的是100 base-TX的自协商模式，它需要一台link Partner设备。首先将 link partner 的网卡配置为百兆全/半双工，或主动发送100M空闲模式波形，然后将配置好的link Partner的以太网口的Tx（发送）信号连到DUT的Rx（接收）信号线。

当DUT接收到100M空闲模式波形后会返回同样的波形，此时将DUT的Tx发送信号通过测试夹具送到示波器中进行测试即可。对于鼎阳科技SDS7000A而言，我们可以配置示波器的下网口作为诱导发包的link Partner设备，从而更方便地诱导发包。

测试项目

测试步骤

第一步，选择配置。如果有之前保存过的配置，可以在这里进行调出，也可以采用上一次测试时使用的配置来进行测试。

第二步，选择要进行的测试项。可以选择同一协议测试中的全部测试项，也可以指定单个测试项目。也可以将测试和配置保存为配置文件以便之后重新调用，这样有助于提升测试速度，也有助于验证之前的测试结果。

然后需要对每一个需要测试的测试项进行单独的设置，来确定信源和对应的测试方法。例如在100base-TX的上升下降时间的测试中，我们要选择对应的脉宽；在1000base-T的测试中，我们需要选择测试的时间，从而控制平均次数。

第三步，配置被测物进入相应的测试模式，发送特定的信号。对于百兆以太网，只有一种测试模式，对于千兆以太网，不同测试项对应的测试模式如下表所示：

1000base-T测试模式对应表

第四步，根据接线图搭建测试环境。一致性测试支持使用差分探头和SMA进行测试并且搭配有不同的连接方式指引，可以满足更丰富的测试环境。连接图中包括了DUT、线缆以及在不同测试项中使用到的矢量网络分析仪等仪器。当同时进行多项测试需要更改连线时，连接方式会以弹窗的形式弹出提示更改连线和测试模式并显示相关的连接图。

第五步，查看结果并生成报告。在完成测量和计算后，示波器将会将计算结果呈现出来，不仅显示被测件在特定的测试中是否合格（pass/fail），还给出了该产品超出或者距离合格标准的余量。可以将测试报告以HTML或者XML的格式导出，报告中会记录每项测试的细节，包括峰峰值、标准差、统计次数和平均值。

测试难点

测试环境搭建

以太网一致性测试一般都离不开测试夹具，夹具主要将线束中的信号转化为可以通过探头或测试线缆输入至示波器的信号。在不同的测试项目总需要正确连接夹具、被测物和示波器。如果每一次都去根据标准来配置环境，不仅效率很低，测试的正确率和可复现性也不能保证。

一致性测试软件和夹具很好的解决了这个问题。在每一项测试开始前，都会提示测试时夹具、示波器和被测物之间的连接方式，并且在测试中自动配置好触发模式、光标、测量项等设置。

干扰测试

在千兆工业以太网一致性测试中，涉及到许多关于干扰的测试项，需要我们手动将干扰信号添加到传输线的信号中。

使用鼎阳科技提供的夹具，在测试前需要先对输入的信号源进行校准，由于经过了夹具，添加到信号中的干扰和信号源输出的信号不同，所以需要根据示波器上接收到的信号对信号源进行校准。实际上，信号源输出的信号往往大于示波器接收到的信号，同样的，在测试的过程中示波器接收到的测试模式的信号也会在这个链路中进行衰减，由于测得的结果为标准差，失真也会和信号一起衰减。

在进行传输失真测试的过程中，示波器会先去除干扰信号、补偿测试夹具的损耗、对输入信号经过2MHz的高通滤波器进行滤波，然后再提取DUT的传输时钟，根据传输时钟分离数据码元，计算得到每个码元的传输失真值后根据标准里规定的算法得到DUT的传输失真值。失真的限制很小（limit< 10mV），使该项测试通过变得更加困难。

回波损耗测试

工业以太网一致性测试需要进行回波损耗测试。该项测试需要用到矢量网络分析仪，鼎阳的一致性测试软件支持示波器控制矢量网络分析仪进行自动化测试。此测试项主要是验证在MDI接口处因阻抗不连续造成的信号反射是否符合标准要求，所以测试夹具和被测样件之间的“链路”的品质对测试结果的影响很大。

其他层级的测试

实际上，示波器作为电子工程师的眼睛，不只是物理层一致性测试，其他的很多层面也可以进行相应的测试。比如有时我们需要对链路层的脉冲进行测试，可以绘制对应的模板来进行测试。

配置指南

SDS7000A-CT-100base-TX/SDS7000A-CT-1000base-T目前仅支持鼎阳SDS7000A系列示波器，根据不同的测试需求需要使用额外的选件。下表列出了规范的最低要求，同时列出了鼎阳科技为该类测试提供的相应的测试测量仪器。

完全符合100base-TX标准的最低配置订单实例：

完全符合1000base-T标准的最低配置订单实例：

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SIGLENT

深圳市鼎阳科技股份有限公司（简称“鼎阳科技”，股票代码：688112）是国家重点“小巨人”企业，是全球极少数具有数字示波器、信号发生器、频谱分析仪和矢量网络分析仪四大通用电子测试测量仪器主力产品研发、生产和销售能力的通用电子测试测量仪器企业，同时也是国内极少数同时拥有这四大主力产品并且四大主力产品全线进入高端领域的企业。公司总部位于深圳，在美国克利夫兰、德国奥格斯堡和日本东京成立了子公司，在成都成立了分公司，在北京、上海、西安、武汉、南京设立了办事处，产品及服务远销全球80多个国家及地区。

鼎阳硬件智库

鼎阳硬件设计与测试智库（简称鼎阳硬件智库）由深圳市鼎阳科技股份有限公司领衔创办，是中国第一家“智力众筹”模式的硬件智库。

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关键词:工业以太网 电气一致性分析 解决方案

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来 源：鼎阳硬件智库

编辑：清风

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