自2013年起，车载以太网技术日益成熟，在电子电气系统中应用越来越广泛，因此逐渐有很多主机厂和供应商加入到车载以太网技术的开发应用中，同时对传输速率的要求逐步提高，产生了传输速率更高的车载以太网技术，使得1000BASE-T1以太网应用得到了普及。为了确保以太网信号的稳定性，1000BASE-T1物理层PMA (Physical Media Attachment) 测试受到了广泛的关注。

本文将从测试内容、测试原理、测试解决方案等方面介绍1000BASE-T1物理层PMA测试。由于篇幅有限，我们将于3月28日开展同主题线上研讨会，届时将会为您带来更为详细的内容讲解。

01 车载以太网1000BASE-T1 PMA测试概述

物理层PMA负责管理电气特性，包括发射机时钟频率和定时等重要参数。因此测试其目的是确保PMA处理高速数据传输所需的时序控制和信号的重建，并将信号能够正确地传输到远端接收器。

物理层作为保证通信畅通的最基本条件，在2016年IEEE发布了1000BASE-T1标准即IEEE802.3bp，应用于传输1Gbps的单对双绞线。本文将基于OPEN Alliance TC8的1000Base-T1物理层测试规范展开PMA测试讲解。

图1 1000BASE-T1 物理层测试规范

02 车载以太网1000BASE-T1 PMA测试内容

车载以太网PMA必测项

• Maximum Transmitter Output Droop
• Transmit Clock Frequency（Master）
• MDI Output Jitter , RMS（Master）
• MDI Output Jitter , Peak to Peak（Master）
• Transmitter Distortion
• MDI Return loss
• MDI Mode Conversion loss
• Transmitter Power Spectral Density
• Peak Differential Output

车载以太网PMA非必测项

• TX_TCKL125 Frequency
• Master TX_TCLK125 RMS Jitter
• Master TX_TCLK125 Peak to Peak Jitter
• Slave TX_TCLK125 RMS Jitter
• Slave TX_TCLK125 Peak to Peak Jitte

车载以太网PMA补充测试

• S Parameters
• 极性链接错误信息储存测试
• PHY禁止极性自动修正测试

车载以太网PMA补充测试是基于项目总结经验补充进来的，而非规范中定义的测试项目，目的是让客户更好评估其被测器件信号质量和寄存器功能。

03 车载以太网1000BASE-T1 PMA测试原理

为了方便大家理解在物理层PMA测试项目的含义，将分享如下测试原理：

时域与频域

时域（Time domain）是描述数学函数或物理信号对时间的关系，例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。

频域（frequency domain）是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。频域图显示了在一个频率范围内每个给定频带内的信号量。

在动态信号状态下这两种信号是可以互相转换的，那么从时间域变换到频率域主要通过傅立叶级数和傅立叶变换实现。周期信号靠傅立叶级数，非周期信号靠傅立叶变换。由此可知时域越宽，频域越短。如图2所示：

   图2 时域与频域  

功率谱密度（PSD）

功率谱密度表示信号功率在频域的分布状况，也表示了信号功率随频率的变化关系；如图3所示是测试PSD的示例，可以看出功率随频率的变化趋势。

图3 功率谱密度示例

失真

失真是信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差。理想状态下输入与输出波形应完全相同。为了更好的理解，如图4所示，当给出一个输入波形的时候，通过某一信道之后输出的波形会与原波形产生差异，这个就是上述所说的失真。     

那么按波形失真的不同情况，可分为幅度失真、频率失真、相位失真三种。对幅度不同的信号放大量不同称为幅度失真；对频率不同的信号放大量不同称为频率失真；对频率不同的信号，经放大后产生的时间延迟不同称为相位失真（或时延失真）。在PMA测试规范中，测试的是幅度失真。

图4 失真示例

回波损耗

回波损耗，又称为反射损耗。是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对双绞线自身的反射。不匹配主要发生在连接器的地方，但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方，所以线缆的质量是减少回波损耗的关键。回波损耗将引入信号的波动，返回的信号将被双工的千兆网误认为是收到的信号而产生混乱。

图5 回波损耗示例

MDI模式转换损耗

MDI模式转换损耗是共模电压到差模电压或者差模电压到共模电压的转换，会产生无用的信号，转换规范目的就是限制这些无用信号的能量。MDI转换损耗测试用于评估MDI的损耗，以确认在规范规定的特定频率范围内，反射功率能维持在设定限定值以下。虽然规范要求的100BASE-T1/1000BASE-T1设备理想情况下，具有100Ω的差分特性阻抗，但是MDI输出的正负极性不匹配会导致模式转换。

图6 MDI模式转换损耗示例

Test mode

1000base-T1 PMA 测试过程中，为了完成不同的测试项，需要将DUT PHY通过修改寄存器的方式设置为不同的测试模式，使其发出特定的数据包。那么1000base-T1主要有6种模式，分别是Test mode 1、2、4、5、6、7，其中Test mode 2、4、5、6是物理层测试所必须的，而Test mode 1则是需要客户在引出TX_TCLK125之后选择性测试的模式，至于Test mode 7这个模式主要是用于测量链路的误码率，包括RS-FEC编码器/解码器的，在物理层测试中并不需要测试。

(a) Test mode 2

(b) Test mode 4

(c) Test mode 5

(d) Test mode 6

图7 1000base-T1 PMA test mode

其中：

1. Test mode 2：PHY应传输由PHY在其信道上重复传输数据符号序列(+1，-1)；
2. Test mode 4：PHY应传输以下扰码生成器多项式、位生成、电平映射生成的符号序列；
3. Test mode 5：PHY将发送由置乱功能生成的PAM3符号的伪随机序列；
4. Test mode 6：PHY应发送一个15个+1符号的序列，并传输的15个-1符号所组成。

04 车载以太网1000BASE-T1 PMA自动化测试解决方案

测试设备（KEYSIGHT方案）