高速乙太網路（Gigabit Ethernet）進階介紹

乙太網路演進史上，10Gbps規範的時間較早，IEEE組織於2006年就推出802.3an協議，即為10GBASE-T之乙太網路協議。

該協議規範了RJ-45接口和雙絞線傳輸介質的10 Gbps乙太網 ... 新聞室 活動 全球據點 職缺 訂閱  |  简体中文 汽車產業 服務 標準認證測試 線纜與連接器測試 相容性與設計驗證 訊號與電源完整性測試 電量校正服務 晶片特性分析 工程與應用問題釐清驗證 解決方案 性能驗證與生產 網路與物聯網 協議與電源 訊號完整性 資源 新聞室 技術文章 研討會資源 下載中心 技術支援 關於 關於GRL 經營團隊 技術領導團隊 徵才 全職工作 實習工作 新聞室 活動 全球據點 職缺 訂閱 聯絡我們 |  简体中文 GraniteRiverLabsBlog Categories BrowseAllCategories USB DisplayPort HDMI USBType-C USBPowerDelivery Thunderbolt PCIExpress Ethernet HDCP MIPI SATA WPCQi DDR DisplayHDR QuickCharge SAS SD 趨勢分析 ByGRLTeam on 二月15,2022 Ethernet 高速乙太網路（GigabitEthernet）進階介紹 GraniteRiverLabs,GRL黃叡RaymondHuang   上一篇技術文章「淺談Ethernet帶你入門學習乙太網路」中已經介紹過通用乙太網路的規格如10Base-T/100Base-Tx，以及十億位元乙太網路（GigabitEthernet）的一小部分＂1000Base-T＂。

而本篇文章將會介紹更為高速的2.5G/5G/10GBase-T等規格，以及其相關的測試規範。

乙太網路演進史上，10Gbps規範的時間較早，IEEE組織於2006年就推出802.3an協議，即為10GBASE-T之乙太網路協議。

該協議規範了RJ-45接口和雙絞線傳輸介質的10Gbps乙太網路傳輸速率。

10GBASE-T沿用先前乙太網路規範，但每對線的總傳輸資料提升至2.5Gbps，訊號則採用16級脈衝幅度調製（PAM-16）方式傳輸，每一個電壓振幅皆代表著3.125bit的資料，故每對傳輸線實際傳輸率僅為800Mbps，大大降低了對傳輸頻寬的要求，並增加了有效傳輸距離。

佈線距離則依據纜線等級不同，CAT-6型纜線傳輸距離可達55公尺，而CAT-6A型纜線則可達到100米。

  10GBASE-T到2.5G/5GBASE-T的演變 隨著乙太網路普及，我們發現市面上建築物中部署的CAT-5e電纜佈線實際運行10GBASE-T的狀況較為困難，而先前的1000BASE-T已無法提供讓使用者滿意的上傳頻寬。

因此2015年IEEE802.3便成立了僅降低1/2、1/4的頻寬，卻可以應用CAT-5e或CAT-6長達到最長100公尺線纜的2.5G/5GBASE-T專案。

其實，在官方IEEE802.3的2.5G/5GBASE-T專案小組成立前，民間已先成立了策略聯盟，分別為以思科（CISCO）、安玹（AQUANTIA）、賽靈思（Xilinx）等公司為首的NBase-TAlliance，及競爭對手以博通（Broadcom）為首的MGBase-TAlliance，最後在IEEE-SA標準委員會協調統合，於2016年訂定IEEE標準802.3bz-2016規範。

測試上如果要進行2.5/5GBase-T驗證，將可視乙太網路晶片支援的規格分別選擇NBase-T/MGBase-T進行測試，兩者與現行的測試項目基本大同小異，僅有上下限規範的些微不同，因此本文我們將著重在10GBase-T實體層電性測試的介紹，並說明測試項目及相關流程；文末再針對2.5G/5G/10GBase-T之測試規範做整理。

  10GBase-T實體層電性測試 乙太網路測試一般分為時域（Time-Domain）測試、諧波失真（Distortion）測試、振幅（Amplitude）測試與回波損耗（ReturnLoss）測試四個類別： 時域（Time-Domain）測試相對之前沒有太大的改變，只是對抖動（Jitter）要求變得更嚴謹，詳細的測試波型會在下個章節進行說明。

諧波失真（Distortion）測試採用傳輸線性度（TransmitterLinearity）進行衡量，透過要求待測物發出兩個頻率的訊號，觀測其互相干擾之噪聲以進行驗證。

振幅（Amplitude）測試方面，10GBASE-T測試的難點來源於PAM16的調製方式。

由於產生16個不同幅度的脈衝，其複雜性使部分常見的測試也都難以實現，如100BASE-TX眼圖測試中的MAU測項或模板測試（1000BASE-T）的PointA,B,C等。

IEEE組織利用頻譜方面的測量，以功率譜密度（PowerSpectralDensity,PSD）的方式來衡量如此多層級的複雜電位訊號，透過分析頻譜計算單位時間內不同頻率訊號的能量值，針對如PAM-16多層級的複雜電位進行驗證。

回波損耗（ReturnLoss）測試部分，仍然需要一台訊號源來輸出並掃描各個頻率，頻率範圍須達到500MHZ，遠高於1000BASE-T要求的100MHZ。

對乙太網路的四個測試類別有基本認知後，以下為802.3an中10GBase-T測試項目（表1）的詳細介紹： 表1:10GBASE-T測試細項表   TransmitClockFrequency 要求待測物進入測試模式2，同時四對傳輸線上發送2個+16電位與2個-16電位所組成之循環數據，模擬一個200MHZ的ClockFrequency，測量此頻率的同時，規範要求誤差比率需小於50ppm。

TransmitterTimingJitter 測試與TransmitClockFrequency測試非常類似，同樣是進入測試模式2。

規範要求抖動的RMS值應在5.5ps範圍之內。

TransmitterLinearityTest 需要求待測物進入測試模式4，由待測物發出一組雙音（DualTone）訊號，即兩個頻率相近、幅度相等的正弦波。

此測試用無雜散動態範圍（Spurious-FreeDynamicRange,SFDR）來計算，即頻譜最大振幅之RMS幅度與次最大噪聲成分或諧波失真成分RMS值之比。

依照測試規範計算後SFDR應符合以下方程式： SFDR≥2.5+min[52,58–20×log10(f/25)](frequency,f=1~400Mhz) 測試規範待測物需要發送五組不同頻率之訊號，每組雙音訊號於理論上模擬最嚴重的干擾狀況，若結果符合規範將說明諧波失真比例於容忍範圍內，使用者正常操作時較不會對其它頻率訊號產生較大的影響。

TransmitterPowerSpectralDensity & PowerLevelTest 需要求待測物進入測試模式5，即一般待測物正常操作之狀態。

PowerofTransmitter需介於3.2dBm和5.2dBm之間，而其功率譜密度（100ohm負載下）需滿足Spec定義之上下限。

MDIReturnLoss 測試仍沿用乙太網路系列協議一貫的測試方法，由訊號源發出訊號並掃描反射的訊號，透過比較入射波形和反射波形，計算出ReturnLoss。

只是10GBASE-T對訊號源的能力提出了更高的要求，需要能發出最高到500MHZ。

MaximumOutputDroop 需要求待測物進入測試模式6，發出連續128個個+16電位與連續128個-16電位循環訊號，模擬3.125MHZ的低頻訊號。

驗證的區間為方波過零點開始之第10ns至第90ns，要求電壓壓降幅度不超過10%。

此測試為驗證訊號在連續高度重複的情境下，造成電壓變形程度不至於出現誤判的結果。

  GigabitEthernet測試規範比較 表2:GigabitEthernet測試規範比較表（可點擊圖片放大）   結論 隨著文件電子化、雲端儲存需求增加，各企業對Server的需求量與規格要求大為增加，因此網路介面的使用也更為廣泛。

GRL台北實驗室有多年的測試經驗，並可以提供完整的Ethernet測試服務及諮詢，協助您驗證產品的相關規格與性能。

    參考文獻 IEEEStandardforEthernet,IEEEStd802.3™-2018(RevisionofIEEEStd802.3-2015) Keysight,EthernetD9010EBZCMOI   作者GRL台灣測試工程師黃叡RaymondHuang 國立台灣大學化工所碩士畢業，擁有三年測試經驗，熟悉DisplayPort,DisplayHDR,HDR10+,Ethernet等測試規範。

GRL技術文章作者及演講講師。

  本文件中規格特性及其說明若有修改恕不另行通知。

              發佈日期2022/02/15AN-220215-TW Share    PublishedbyGRLTeam 二月15,2022 ReadMore Ethernet ByGRLTeam on 二月15,2022 淺談Ethernet帶你入門學習乙太網路 關於 條款及細則 全球據點 職缺 意見回饋 COPYRIGHT2022GRANITERIVERLABSINC.ALLRIGHTSRESERVED. PrivacyPolicy  Designed&Developed by GoInboundPrivateLimited