串行數(shù)據(jù)一致測試及調(diào)試系列之四--以太網(wǎng)信號質(zhì)量問題

對于系統(tǒng)設(shè)計人員來說，模數(shù)混合電路中最困難的地方在于模擬部分的設(shè)計，其中最具代表性的就是我們經(jīng)常要面對的物理層收發(fā)器(PHY)及其收發(fā)回路和匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。即使對于應(yīng)用比較成熟的以太網(wǎng)物理層設(shè)計而言，DAC驅(qū)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(zhì)量并通過接口技術(shù)指標測試暴露出來。

二 以太網(wǎng)口信號質(zhì)量測試分析

1 100Base-TX接口測試環(huán)境及其設(shè)置

100Base-TX接口測試原理

100Base-TX接口的測試采用業(yè)內(nèi)比較通用的誘導(dǎo)發(fā)包的方法來引導(dǎo)DUT發(fā)出擾碼后的IDLE進行測試，更多細節(jié)請參考美國力科公司《Ethernet solution-QualiPHY》專項技術(shù)文檔，

測試設(shè)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(xiàn)的問題

本次測試將主要驗證產(chǎn)品上4個以太網(wǎng)100Base-TX接口的技術(shù)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(guān)于100Base-TX接口技術(shù)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(dǎo)發(fā)包的測試方法進行了網(wǎng)口眼圖的測試，測試過程中發(fā)現(xiàn)測試網(wǎng)口出現(xiàn)了信號波形碰觸模板的問題，波形見圖3：

圖3 以太網(wǎng)口測試眼圖_FAIL

3 問題分析解決

從眼圖初步分析來看，發(fā)送信號的幅度應(yīng)該是滿足要求的。但是可以明顯的發(fā)現(xiàn)信號邊沿還是比較緩，而且從單個波形來看邊沿有不單調(diào)的問題。方案的原廠是一家通訊業(yè)內(nèi)專注于IP寬帶解決方案的國際型大公司，其以太網(wǎng)模塊部分應(yīng)該經(jīng)過詳細驗證過。最大的可能是二次開發(fā)過程中板級系統(tǒng)設(shè)計時的一些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)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(jié)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(qū)間，雖然滿足標準中要求的3~5nS。但根據(jù)系統(tǒng)容差設(shè)計原則，芯片設(shè)計人員通常會將Slew Rate調(diào)整在4nS左右，確保上下區(qū)間調(diào)整地最大容限。）。如何改進需要信號的發(fā)送接收回路進行一個系統(tǒng)的分析了。通過對網(wǎng)口技術(shù)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(diào)的問題，最可能的原因是傳輸回路容性負載過大以及驅(qū)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(wǎng)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(yīng)該已經(jīng)很成熟了，而且此款方案采用芯片內(nèi)部匹配網(wǎng)絡(luò)，沒有外部匹配元件。所以暫不進行這一塊的分析。