串行數據一致測試及調試系列之四--以太網信號質量問題

對于系統設計人員來說，模數混合電路中最困難的地方在于模擬部分的設計，其中最具代表性的就是我們經常要面對的物理層收發器(PHY)及其收發回路和匹配網絡的設計。即使對于應用比較成熟的以太網物理層設計而言，DAC驅動電流的基準偏置，差分信號線對的走線，乃至于匹配電阻的位置，都有可能影響到其物理層的信號質量并通過接口技術指標測試暴露出來。

二 以太網口信號質量測試分析

1 100Base-TX接口測試環境及其設置

100Base-TX接口測試原理

100Base-TX接口的測試采用業內比較通用的誘導發包的方法來引導DUT發出擾碼后的IDLE進行測試，更多細節請參考美國力科公司《Ethernet solution-QualiPHY》專項技術文檔，

測試設備：

測試拓撲如圖1：

　　　　　　　　　　　圖1 Ethernet接口指標測試連接框圖

2 測試中出現的問題

本次測試將主要驗證產品上4個以太網100Base-TX接口的技術指標。對于其中比較直觀的100Base-TX物理層的眼圖模板，《ANSI+X3_263-1995》標準中有著明確的眼圖模板定義見圖2。

圖2 100Base-TX 眼圖模板

關于100Base-TX接口技術指標的測試方法，《IEEE Std 802.3-2000》標準中也有詳細的說明， 工程師按照誘導發包的測試方法進行了網口眼圖的測試，測試過程中發現測試網口出現了信號波形碰觸模板的問題，波形見圖3：

圖3 以太網口測試眼圖_FAIL

3 問題分析解決

從眼圖初步分析來看，發送信號的幅度應該是滿足要求的。但是可以明顯的發現信號邊沿還是比較緩，而且從單個波形來看邊沿有不單調的問題。方案的原廠是一家通訊業內專注于IP寬帶解決方案的國際型大公司，其以太網模塊部分應該經過詳細驗證過。最大的可能是二次開發過程中板級系統設計時的一些關鍵技術參數的配合問題。工程師在進行了信號幅度以及上升下降時間等細節指標的測試之后證明了之前的判斷，信號的幅度是滿足要求的，但信號的上升下降時間與其他的方案相比確實大了（此方案的信號上升下降時間在4.3nS~4.6nS區間，雖然滿足標準中要求的3~5nS。但根據系統容差設計原則，芯片設計人員通常會將Slew Rate調整在4nS左右，確保上下區間調整地最大容限。）。如何改進需要信號的發送接收回路進行一個系統的分析了。通過對網口技術指標的量測分析，目前最主要的問題在于信號的邊沿比較緩，并且存在不單調的問題，最可能的原因是傳輸回路容性負載過大以及驅動不足。可以從這兩個方面入手解決。

1）信號差分線對及阻抗匹配，網口的差分走線的阻抗控制和耦合處理我司在Layout這一塊的應該已經很成熟了，而且此款方案采用芯片內部匹配網絡，沒有外部匹配元件。所以暫不進行這一塊的分析。