崔玉龍,吳學(xué)超,劉 漢

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111)

0 引言

以太網(wǎng)是世界上最普遍、應(yīng)用最廣泛的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，民用以太網(wǎng)大規(guī)模使用百兆以太網(wǎng)已經(jīng)有十幾年了，但是在一些工業(yè)環(huán)境，例如汽車、地鐵、高鐵中的以太網(wǎng)應(yīng)用仍然處于方興未艾的階段。工業(yè)環(huán)境下的智能化、互聯(lián)化需求已經(jīng)日趨緊迫，然而工業(yè)領(lǐng)域相對(duì)滯后的以太網(wǎng)發(fā)展成為了掣肘。缺乏滿足多功能、復(fù)雜環(huán)境需求的工業(yè)用以太網(wǎng)，更缺乏有針對(duì)性、方便高效的工業(yè)用以太網(wǎng)測(cè)試方法，是現(xiàn)在工業(yè)用以太網(wǎng)所面臨的主要問(wèn)題。工業(yè)以太網(wǎng)的測(cè)試則更需要關(guān)注物理層的情況，其為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互聯(lián)設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境?；诠I(yè)需求的考量，為了識(shí)別一些潛在的故障，最大限度保障安全，需要一種對(duì)百兆以太網(wǎng)物理層的測(cè)試方法，評(píng)價(jià)其物理層質(zhì)量。本文則主要關(guān)注百兆以太網(wǎng)的物理層測(cè)試方法。

1 百兆以太網(wǎng)物理層相關(guān)分析

以太網(wǎng)的物理層包括協(xié)調(diào)子層(reconciliation sublayer, RS)，介質(zhì)無(wú)關(guān)接口(medium independent interface, MII)，物理編碼子層(physical coding sublayer, PCS)，物理介質(zhì)連接子層(physical medium attachment sublayer, PMA)，物理介質(zhì)相關(guān)子層(physical medium dependent sublayer, PMD)和介質(zhì)相關(guān)接口(medium dependent interface, MDI)。其中物理編碼子層(PCS)、物理介質(zhì)連接子層(PMA)、物理介質(zhì)相關(guān)子層(PMD)統(tǒng)稱為物理層實(shí)體(PHY)(transceiver)[1]。

1995年5月，IEEE通過(guò)了IEEE 802.3u規(guī)范，這個(gè)快速以太網(wǎng)規(guī)范對(duì)物理層規(guī)范進(jìn)行了重新定義，其物理層包括100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T4 三種傳輸介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。

值得注意的是，100BASE-TX PMD中使用的是MLT-3編碼方式。MLT-3即Multi-Level Transmit-3，多電平傳輸碼，其編碼規(guī)則為：

1)如果下一輸入為“0”，則電平保持不變；

2)如果下一輸入為“1”，則產(chǎn)生跳變，此時(shí)又分兩種情況。

(1)如果前一輸出是“+1”或“-1”，則下一輸出為“0”；

(2)如果前一輸出非“0”，其信號(hào)極性和最近一個(gè)非“0”相反。

MLT-3編碼方式有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1)在通信系統(tǒng)中，單位時(shí)間能通過(guò)鏈路的數(shù)據(jù)量(即帶寬)是體現(xiàn)該通信系統(tǒng)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，MLT-3編碼和4B/5B編碼的特性使得其編碼效率高至80%，節(jié)省了通信占用的帶寬[4]；

2)MLT-3編碼方式包含冗余，可用于糾錯(cuò)。對(duì)于MLT-3編碼方式傳輸而言，并不存在從-1到1 和1到-1的跳變，所以對(duì)于可能發(fā)生的過(guò)沖現(xiàn)象不敏感。

2 MLT-3編碼的分析難點(diǎn)

MLT-3的優(yōu)勢(shì)明顯，但其“-1、0、1”3電平的特性也給分析測(cè)試帶來(lái)了不小的困難，目前并沒(méi)有通用的分析工具來(lái)分析MLT-3編碼信號(hào)。

開發(fā)新的分析工具則會(huì)遇到如下幾點(diǎn)問(wèn)題：

1)目前缺乏一種領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的指標(biāo)對(duì)MLT-3編碼信號(hào)的物理波形進(jìn)行評(píng)估分析，現(xiàn)行的評(píng)估指標(biāo)和方法，一般僅適用于NRZ編碼方式編碼的信號(hào)[5-6]，并不能簡(jiǎn)單的應(yīng)用于MLT-3編碼的信號(hào)；

2)MLT-3編碼信號(hào)的物理波形難以通過(guò)數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)鎖定，因此難以捕獲準(zhǔn)確的信號(hào)頻率和信號(hào)相位，不利于物理波形的分析；

3)MLT-3編碼信號(hào)的物理波形，其可能發(fā)生的過(guò)沖現(xiàn)象會(huì)對(duì)直接通過(guò)電平判斷的測(cè)試方法造成不良影響。統(tǒng)計(jì)意義上的信號(hào)質(zhì)量分析和流處理上的解碼無(wú)法同時(shí)進(jìn)行，因此過(guò)沖現(xiàn)象所導(dǎo)致的電平錯(cuò)判和信號(hào)質(zhì)量評(píng)估錯(cuò)誤沒(méi)有辦法利用MLT-3編碼的規(guī)律解碼并同步直接修正。

針對(duì)以上的問(wèn)題，本文提出了如下的解決方案(即測(cè)試方法)。

3 測(cè)試方法的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 通過(guò)統(tǒng)計(jì)生成眼圖

利用采集到的大量隨機(jī)電信號(hào)，統(tǒng)計(jì)并構(gòu)建繪制成眼圖[7]。通過(guò)對(duì)眼圖的觀察和計(jì)算，得到眼高、眼寬、上升時(shí)間、下降時(shí)間、抖動(dòng)一共5個(gè)技術(shù)指標(biāo)，對(duì)指標(biāo)的具體定義如圖2所示。指標(biāo)的測(cè)定主要依靠水平直方圖和垂直直方圖，水平直方圖的縱軸為電平，橫軸為該采樣電平出現(xiàn)次數(shù)，其含義是體現(xiàn)不同(采樣)電平在所有采集到的離散電平信號(hào)中出現(xiàn)的比例；垂直直方圖的縱軸為目標(biāo)電平出現(xiàn)次數(shù)，橫軸為時(shí)間，其含義是在所構(gòu)建的整個(gè)眼圖時(shí)間段內(nèi)被選取為目標(biāo)的電平所出現(xiàn)的次數(shù)。

圖2 眼圖中5個(gè)指標(biāo)的具體定義解析圖

具體來(lái)說(shuō)，眼寬指連續(xù)兩個(gè)上升電平與下降電平交叉點(diǎn)在時(shí)間上的跨度，其計(jì)算方法是以0電平為目標(biāo)電平繪制垂直直方圖，直方圖相鄰的兩個(gè)峰值時(shí)間(即出現(xiàn)0電平次數(shù)最多的兩個(gè)相鄰時(shí)間)的差即為眼圖的眼寬。

眼高指高電平與低電平在電勢(shì)上的跨度，其計(jì)算方法是對(duì)兩電平眼圖繪制水平直方圖，直方圖兩個(gè)峰值電平(即出現(xiàn)次數(shù)最多的兩個(gè)電平)的差即為眼圖的眼高。

上升時(shí)間和下降時(shí)間分別指信號(hào)從低電平上升到高電平和高電平下降到低電平在時(shí)間上的跨度。其中上升時(shí)間的計(jì)算方法是分別以低電平上升20%和高電平下降20%為目標(biāo)電平繪制垂直直方圖，(眼圖以圖3為例)直方圖中以2點(diǎn)處為目標(biāo)電平的峰值時(shí)間與以1點(diǎn)處為目標(biāo)電平的峰值時(shí)間的差即為上升時(shí)間；下降時(shí)間的計(jì)算方法是分別以低電平上升20%和高電平下降20%為目標(biāo)電平繪制垂直直方圖，(眼圖以圖3為例)直方圖中以4點(diǎn)處為目標(biāo)電平的峰值時(shí)間與以3點(diǎn)處為目標(biāo)電平的峰值時(shí)間的差即為下降時(shí)間。

圖3 繪制垂直直方圖的目標(biāo)電平點(diǎn)

抖動(dòng)指系統(tǒng)中的一種時(shí)序上的誤差，確定抖動(dòng)可以通過(guò)目視估算或科學(xué)計(jì)算，其具體計(jì)算方法是以0電平為目標(biāo)電平繪制垂直直方圖，對(duì)所得直方圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，結(jié)果即為抖動(dòng)[8]。

這5項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)均以相對(duì)穩(wěn)定時(shí)的平均值來(lái)確定。

3.2 分解3電平眼圖

事實(shí)上，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中得到并不是兩電平眼圖而是3電平眼圖，如圖4所示。3電平眼圖無(wú)法直接測(cè)量計(jì)算眼寬、眼高、上升時(shí)間、下降時(shí)間和抖動(dòng)這5個(gè)技術(shù)指標(biāo)，而兩電平眼圖可以做到(如圖5所示)，為此需要一種能夠?qū)?電平眼圖分解成2個(gè)兩電平眼圖的方法。一般對(duì)于眼圖的生成，使用硬件電路對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)字磷光波形圖像處理，減少了死區(qū)時(shí)間，提高了采樣效率[9]，選擇合適的觸發(fā)則使磷光波形的圖像更為銳利,可以使用鎖相環(huán)技術(shù)來(lái)跟蹤波形[10]。但是，這些技術(shù)依賴于硬件電路，也針對(duì)特定兩電平波形，而本文則將描述一種使用通用采集設(shè)備通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理來(lái)評(píng)估波形的方法。

圖4 100BASE-T，3電平眼圖

圖5 兩電平眼圖

首先通過(guò)統(tǒng)計(jì)采集，獲取3電平信號(hào)的實(shí)際電平，通過(guò)計(jì)算得到交叉電平。3電平信號(hào)采用MLT-3編碼方式進(jìn)行編碼，而MLT-3編碼方式的電平不存在-1到1和1到-1這種跳變，只能進(jìn)行-1與0、0與1之間的跳變。由于MLT-3編碼具有這種特性，利用設(shè)置觸發(fā)器的方法即可完美解決信號(hào)區(qū)分的問(wèn)題，從而讓上眼圖和下眼圖計(jì)算時(shí)不受干擾，同時(shí)也完成了每個(gè)信號(hào)周期的時(shí)間同步。

為此設(shè)置的4個(gè)觸發(fā)器和其功能表如表1所示。

表1 觸發(fā)器功能表

3.3 測(cè)試評(píng)分方法

根據(jù)測(cè)量計(jì)算到的上眼圖、下眼圖的眼高、眼寬、上升時(shí)間、下降時(shí)間和抖動(dòng)共計(jì)10個(gè)技術(shù)指標(biāo)的值，與基于系統(tǒng)需求的這些技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參考值進(jìn)行對(duì)比，判斷各個(gè)技術(shù)指標(biāo)是否符合系統(tǒng)需求，以此對(duì)該系統(tǒng)的物理層進(jìn)行評(píng)價(jià)。10個(gè)技術(shù)指標(biāo)及其釋義見表2。

表2 測(cè)試評(píng)分技術(shù)指標(biāo)

該方法的優(yōu)越性在于對(duì)應(yīng)不同需求的系統(tǒng)目標(biāo)能夠給出具有相當(dāng)目的性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單、專業(yè)、針對(duì)性。

4 測(cè)試方法的主要流程

4.1 計(jì)算觸發(fā)參數(shù)部分

1)差分采集一對(duì)差分傳輸線，采集以Multi-Level Transmit-3多電平傳輸碼為規(guī)則編碼的信息流電平信號(hào)，并作為原始數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。

2)通過(guò)測(cè)量工具統(tǒng)計(jì)采集到信號(hào)電平的最高值和最低值，將兩者之間的電平劃分為500個(gè)區(qū)間。

3)統(tǒng)計(jì)信號(hào)電平落于各電平區(qū)間的概率，繪制水平直方圖。

4)找到概率最高的三個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的電平(即直方圖中柱最長(zhǎng)的三個(gè)電平)，然后按電平從低到高，依次記為V_n，V_0，V_p(即3電平眼圖中-1、0、1對(duì)應(yīng)的實(shí)際電平)。

5)計(jì)算交叉電平V_n_coss、V_P_coss，選取這兩個(gè)電平作為觸發(fā)點(diǎn)的原因是以交叉電平作為觸發(fā)點(diǎn)能夠最大程度保證電平在向上、下跳變時(shí)能夠被精準(zhǔn)無(wú)誤地捕捉到，從而提升眼圖轉(zhuǎn)化的質(zhì)量。式(1)～(2)如下。

(1)

(2)

計(jì)算觸發(fā)參數(shù)部分流程圖如圖6所示。

圖6 計(jì)算觸發(fā)參數(shù)部分流程圖

4.2 觸發(fā)信號(hào)到上下兩個(gè)眼圖部分

1)差分采集一對(duì)差分傳輸線，采集以Multi-Level Transmit-3多電平傳輸碼為規(guī)則編碼的信息流電平信號(hào)，并作為原始數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。

2)由于MLT-3編碼具有“不存在-1到1和1到-1這種跳變”這種特性，使用觸發(fā)器來(lái)將3電平眼圖分解成上下兩個(gè)眼圖，以此規(guī)避直接統(tǒng)計(jì)3電平信號(hào)無(wú)法計(jì)算眼高、眼寬、上升時(shí)間、下降時(shí)間、抖動(dòng)等指標(biāo)的問(wèn)題。具體方法如下：信號(hào)通過(guò)交叉電平V_n_coss時(shí)，0到-1觸發(fā)器或-1到0觸發(fā)器觸發(fā)，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于下眼圖；信號(hào)通過(guò)交叉電平V_p_coss時(shí)，0到1觸發(fā)器或1到0觸發(fā)器觸發(fā)，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于上眼圖；信息為“0”時(shí)，電平保持不變，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于前一記錄的眼圖。

3)上下眼圖各重復(fù)記錄1萬(wàn)次信號(hào)，這樣做的目的是減小偶然性對(duì)最終數(shù)據(jù)的影響，最大程度上保證對(duì)該物理層測(cè)試評(píng)價(jià)的客觀性和非偶然性。

4)對(duì)觸發(fā)器觸發(fā)后得到的分離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終將3電平眼圖繪制成兩個(gè)兩電平眼圖“上眼圖”和“下眼圖”，方便進(jìn)行參數(shù)計(jì)算進(jìn)而對(duì)該物理層質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

觸發(fā)信號(hào)到上下兩個(gè)眼圖部分流程圖如圖7所示。

圖7 觸發(fā)信號(hào)到上下兩個(gè)眼圖部分流程圖

4.3 計(jì)算綜合評(píng)分部分

1)由上一部分得到眼圖并觀察計(jì)算，得到眼圖的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)：眼高(兩個(gè)上升電平與下降電平交叉點(diǎn)在時(shí)間上的跨度)、眼寬(高電平與低電平在電勢(shì)上的跨度)、上升時(shí)間(信號(hào)從低電平上升到高電平在時(shí)間上的跨度)、下降時(shí)間(信號(hào)從高電平下降到低電平在時(shí)間上的跨度)、抖動(dòng)(信號(hào)在時(shí)序上的誤差)。

2)對(duì)每一個(gè)單個(gè)維度設(shè)置評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定判斷閾值，對(duì)所有的單個(gè)維度進(jìn)行評(píng)分。其標(biāo)準(zhǔn)基于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)的需求，并不是固定的，這樣做的目的是最大程度保證物理層測(cè)試的針對(duì)性，對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景的以太網(wǎng)給出不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3)基于各個(gè)維度評(píng)價(jià)結(jié)果，得到該物理層測(cè)試進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

計(jì)算綜合評(píng)分部分流程圖如圖8所示。

圖8 計(jì)算綜合評(píng)分部分流程圖

5 測(cè)試方法的仿真實(shí)例

基于一些一般工業(yè)環(huán)境對(duì)以太網(wǎng)需求的經(jīng)驗(yàn)，這里給出各技術(shù)指標(biāo)的參考值如表3。

表3 測(cè)試評(píng)分技術(shù)指標(biāo)參考值

值得注意的是，對(duì)于不同工業(yè)環(huán)境的使用傾向，需要相關(guān)從業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)以上參考值進(jìn)行針對(duì)性修改，以期得到該工業(yè)環(huán)境最具針對(duì)性的以太網(wǎng)物理層測(cè)試評(píng)分方法。

5.1 物理鏈路完好的測(cè)試

對(duì)一物理鏈路完好的百兆以太網(wǎng)物理層使用本論文的測(cè)試方法進(jìn)行仿真測(cè)試。

依照上述的測(cè)試方法，先采集電信號(hào)，確定電信號(hào)電平的最高值和最低值劃分兩者之間的電平值為500個(gè)區(qū)間，繪制水平直方圖。觀察水平直方圖得到本次測(cè)試的三個(gè)峰值電平V_n，V_0，V_p，通過(guò)上述公式計(jì)算交叉電平V_n_coss，V_P_coss。

設(shè)置4個(gè)觸發(fā)器，將3電平眼圖分解成上下兩個(gè)眼圖。信號(hào)通過(guò)交叉電平V_p_coss時(shí)，0到1觸發(fā)器或1到0觸發(fā)器觸發(fā)，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于上眼圖；信息為“0”時(shí)，電平保持不變，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于前一記錄的眼圖。重復(fù)記錄信號(hào)，最終繪制出上眼圖如圖9。

圖9 物理鏈路完好的測(cè)試上眼圖

依照上述方法，對(duì)上眼圖繪制水平直方圖，將水平直方圖兩峰值做差，得到上眼圖的眼高并記錄；以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，將垂直直方圖上相鄰的兩個(gè)峰值做差，得到上眼圖的眼寬并記錄；以低電平上升20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以低電平上升80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到上眼圖的上升時(shí)間并記錄；以高電平下降20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以高電平下降80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到上眼圖的下降時(shí)間并記錄；再以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，對(duì)直方圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，得到上眼圖的抖動(dòng)并記錄。

將上述計(jì)算的5個(gè)技術(shù)指標(biāo)做表，如表4。

表4 物理鏈路完好的測(cè)試上眼圖技術(shù)指標(biāo)值

信號(hào)通過(guò)交叉電平V_n_coss時(shí)，0到-1觸發(fā)器或-1到0觸發(fā)器觸發(fā)，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于下眼圖；信息為“0”時(shí)，電平保持不變，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于前一記錄的眼圖。重復(fù)記錄信號(hào)，最終繪制出下眼圖如圖10。

圖1 MLT-3編碼規(guī)則解析圖

圖10 物理鏈路完好的測(cè)試下眼圖

依照上述方法，對(duì)下眼圖繪制水平直方圖，將水平直方圖兩峰值做差，得到下眼圖的眼高并記錄；以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，將垂直直方圖上相鄰的兩個(gè)峰值做差，得到下眼圖的眼寬并記錄；以低電平上升20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以低電平上升80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到下眼圖的上升時(shí)間并記錄；以高電平下降20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以高電平下降80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到下眼圖的下降時(shí)間并記錄；再以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，對(duì)直方圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，得到下眼圖的抖動(dòng)并記錄。

將上述計(jì)算的5個(gè)技術(shù)指標(biāo)做表，如表5。

表5 物理鏈路完好的測(cè)試下眼圖技術(shù)指標(biāo)值

以表3為技術(shù)指標(biāo)參考值，觀察到實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本與之吻合。

5.2 接頭處屏蔽失效鏈路的測(cè)試

對(duì)一接頭處屏蔽失效鏈路的百兆以太網(wǎng)物理層使用本論文的測(cè)試方法進(jìn)行仿真測(cè)試。

依照上述的測(cè)試方法，先采集電信號(hào)，確定電信號(hào)電平的最高值和最低值劃分兩者之間的電平值為500個(gè)區(qū)間，繪制水平直方圖。觀察水平直方圖得到本次測(cè)試的三個(gè)峰值電平V_n，V_0，V_p，通過(guò)上述公式計(jì)算交叉電平V_n_coss，V_P_coss。

設(shè)置4個(gè)觸發(fā)器，將3電平眼圖分解成上下兩個(gè)眼圖。信號(hào)通過(guò)交叉電平V_p_coss時(shí)，0到1觸發(fā)器或1到0觸發(fā)器觸發(fā)，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于上眼圖；信息為“0”時(shí)，電平保持不變，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于前一記錄的眼圖。重復(fù)記錄信號(hào)，最終繪制出上眼圖如圖11。

圖11 接頭處屏蔽失效鏈路的測(cè)試上眼圖

依照上述方法，對(duì)上眼圖繪制水平直方圖，將水平直方圖兩峰值做差，得到上眼圖的眼高并記錄；以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，將垂直直方圖上相鄰的兩個(gè)峰值做差，得到上眼圖的眼寬并記錄；以低電平上升20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以低電平上升80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到上眼圖的上升時(shí)間并記錄；以高電平下降20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以高電平下降80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到上眼圖的下降時(shí)間并記錄；再以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，對(duì)直方圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，得到上眼圖的抖動(dòng)并記錄。

將上述計(jì)算的5個(gè)技術(shù)指標(biāo)做表，如表6。

表6 接頭處屏蔽失效鏈路的測(cè)試上眼圖技術(shù)指標(biāo)值

信號(hào)通過(guò)交叉電平V_n_coss時(shí)，0到-1觸發(fā)器或-1到0觸發(fā)器觸發(fā)，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于下眼圖；信息為“0”時(shí)，電平保持不變，記錄8 ns(一個(gè)周期)波形于前一記錄的眼圖。重復(fù)記錄信號(hào)，最終繪制出下眼圖如圖12。

圖12 接頭處屏蔽失效鏈路的測(cè)試下眼圖

依照上述方法，對(duì)下眼圖繪制水平直方圖，將水平直方圖兩峰值做差，得到下眼圖的眼高并記錄；以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，將垂直直方圖上相鄰的兩個(gè)峰值做差，得到下眼圖的眼寬并記錄；以低電平上升20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以低電平上升80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到下眼圖的上升時(shí)間并記錄；以高電平下降20%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，再以高電平下降80%處的電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖并記錄第一個(gè)峰值處的時(shí)間，將兩個(gè)峰值處時(shí)間做差，得到下眼圖的下降時(shí)間并記錄；再以“0”電平為目標(biāo)電平，繪制垂直直方圖，對(duì)直方圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，得到下眼圖的抖動(dòng)并記錄。

將上述計(jì)算的5個(gè)技術(shù)指標(biāo)做表，如表7。

表7 接頭處屏蔽失效鏈路的測(cè)試下眼圖技術(shù)指標(biāo)值

以表3為技術(shù)指標(biāo)參考值，觀察到實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本與之相差甚遠(yuǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

出于解決目前工業(yè)用以太網(wǎng)缺乏優(yōu)質(zhì)的物理層測(cè)試方法的困境這一目的，本文提出了一種新的以太網(wǎng)物理層測(cè)試方法，詳細(xì)介紹了如何將MLT-3編碼信號(hào)產(chǎn)生的3電平眼圖分解成有行業(yè)通用測(cè)量方法的兩電平眼圖，并介紹了如何通過(guò)兩電平眼圖的各項(xiàng)指標(biāo)值最終對(duì)當(dāng)前以太網(wǎng)物理層的質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

本文提出的測(cè)試方法其應(yīng)用場(chǎng)景是實(shí)際工業(yè)環(huán)境已部署的以太網(wǎng)環(huán)境，而非實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試環(huán)境?；诖瞬捎玫谋銛y式低成本測(cè)試設(shè)備存在著算力不高、采樣率不高的問(wèn)題，會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生一定的影響，有待進(jìn)一步改進(jìn)。