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ethernetApril 2015 € 9,00

BroadR-Reach-Konformitätstests:

Schnelle Messergebnisse

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Sonderdruck Rohde & Schwarz

Elektronik automotive Sonderausgabe Ethernet 2015

Automatisierte Lösungen für BroadR-Reach-Konformitätstests:

Schnelle ErgebnisseDie Überprüfung von BroadR-Reach-Schnittstellen nach standardisier-

ten Testabläufen soll die Fehlersuche erleichtern und eine reibungslose Zusammenarbeit von Komponenten unterschiedlicher Hersteller er-

möglichen. Gut bedienbare Testlösungen mit einem hohen Automatisierungsgrad sind hierbei eine große Hilfe.

Von Dr. Ernst Flemming

Seit über 20 Jahren dient der CAN-Bus zur Kommunikation zwischen den Steuergeräten im Automobil.

Gestiegener Kommunikationsbedarf bei Anwendungen wie z.B. der Übertragung von Video-Daten führt derzeit zur Ein-führung von Ethernet im Fahrzeug. Im Rahmen der OPEN Alliance (www.open-sig.org) wurde mit BroadR-Reach-Ether-net [1] eine Variante spezifiziert, die den Anforderungen im Automobil gerecht wird und bald Teil des IEEE-802.3-Stan-dards sein wird. Dieser Standard erlaubt eine bidirektionale Kommunikation mit 100 Mbit/s Datenrate über ein einzelnes, nicht geschirmtes Aderpaar. Im Ver-gleich zu 100BASE-TX-Ethernet ermög-licht BroadR-Reach-Ethernet so bei

gleicher Datenrate eine erhebliche Kosten- und Gewichtseinsparung bei der Verkabelung im Fahrzeug.

Die Interoperabilität der BroadR-Reach-Ethernet-Schnittstellen muss vom Entwickler sichergestellt werden. Die OPEN Alliance hat zu diesem Zweck spezielle Konformitätstests definiert (Tabelle  1). Diese erlauben die Über-prüfung der BroadR-Reach-Schnittstel-len nach standardisierten Testabläufen. Die Konformitätstests unterstützen Hardware-Entwickler bei der Fehlersu-che und bei der Freigabe von Designs. Zudem sollen die Tests sicherstellen, dass die Komponenten verschiedener Hersteller im Fahrzeug zusammenspie-len.

Standardisierte Konformitätstests

Robert Metcalfe entwickelte Ethernet als Kommunikationsprotokoll bereits in den 1970er Jahren. Seit 1980 wird Ethernet von der Arbeitsgruppe 802 des IEEE standardisiert und fortlaufend weiterentwickelt. 100BASE-TX und 1000 BASE-T sind derzeit die am häu-figsten verwendeten elek trischen Ethernet-Standards (Tabelle  2). Sie nutzen im Gegensatz zu BroadR-Reach (ein Leitungspaar) zwei bzw. vier ver-drillte Leitungspaare und üblicherwei-se RJ45-Steckverbindungen.

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Schw

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Bild 1. Die Spezifikation des Testmodus 1 für die BroadR-Reach-Transmitter-Droop-Messungen. Es werden je 40 gleiche Symbole übertragen. (Bild: Rohde & Schwarz)

MeSStechnik

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Die BroadR-Reach-Ethernet-Konfor-mitätstestspezifikation beschreibt in Anlehnung an die Ethernet-Testspezifi-kationen der IEEE für 1000BASE-T um-fangreiche Tests der Signalqualität der Sender. Sie definiert Messaufbauten, Testsequenzen und spezielle Testmodi. Der Anwender muss die Testmodi bei Durchführung des Konformitätstests manuell aktivieren, z.B. durch Setzen der entsprechenden Registereinträge. De-tails hierzu hat der Hersteller in der Do-kumentation des verwendeten Ethernet-Chips zu beschreiben. Bild  1 zeigt als Beispiel den Testmodus 1 des BroadR-Reach-Transmitter-Tests, mit dessen Hilfe die Signalqualität des BroadR-Reach-Ethernet-Signals vermessen wird.

Komplette Messtechnik für Ethernet

Entwickler führen BroadR-Reach-Ether-net-Konformitätstests an Komponenten

oder Geräten im Rahmen der Grundla-genentwicklung oder bei der Fehlersu-che während der Integration durch. Für die Analyse und Verifikation gibt es heute Komplettlösungen. Rohde & Schwarz hat mit der Software-Option R&S RTO-K24 eine entsprechende Lö-sung für seine R&S-RTO-Oszilloskope entwickelt.

Zudem bietet der Hersteller entspre-chendes Testzubehör wie die sogenann-te Ethernet Test Fixture an, die den einfachen Anschluss der Oszilloskop-Tastköpfe an die Signalleitungen des Prüfobjekts erlaubt (Bild 2). Als Beson-derheit kann die gleiche Test Fixture auch für die Tests der 100BASE-TX-Service-Interfaces verwendet werden.

Hoher Automatisierungsgrad

Bei der Inbetriebnahme von Hardware-Designs stehen Entwickler unter gro-

ßem Zeitdruck. Die relevanten Tests müssen deshalb schnell durchgeführt werden. Hier ist eine gut bedienbare Test-Software wie die R&S ScopeSuite mit ihrem hohen Automatisierungsgrad eine große Hilfe. Ein integrierter Test Wizard führt den Anwender schrittwei-se und mit bildunterstützter Anleitung durch den Testaufbau und konfiguriert das Oszilloskop samt angeschlossenem

Signalgenerator sowie Netzwerkanalysator auto-matisch (Bild  3). So wird dem Anwender die auf-wendige manuelle Test-konfiguration erspart. Die R&S ScopeSuite führt die Messungen automatisch durch und liefert dabei schnelle und eindeutige Ergebnisse, die in einem Testbericht vollständig dokumentiert werden.

Je nach Präferenz des Anwenders lässt sich die Test-Software auf einem separaten PC oder auf dem Oszilloskop ausfüh-

100BASE-TX 1000BASE-T BroadR-Reach

Standard IEEE 802.3 Clause 25 IEEE 802.3 Clause 40 OPEN Alliance IEEE 802.3

Codierung 4B5B, MLT-3, unidirektional, zwei verdrillte Lei-tungspaare, Schirmung

8B10B, PAM-5, Vollduplex pro Leitungspaar, vier verdrillte Leitungspaare, Schirmung

4B3B, PAM-3, Vollduplex, ein verdrilltes Leitungspaar ohne Schirmung

Signalpegel drei Pegel fünf Pegel drei Pegel

Übertragungsbandbreite 32,5 MHz 62,5 MHz 33,33 MHz

Tabelle 2. Vergleich der Protokolleigenschaften verschiedener Ethernet-Standards mit BroadR-Reach Ethernet.

Bild 3. Anleitung zu einem Testfall des Ethernet-Kon-formitätstests. Links wird ein Testfall ausgewählt, rechts wird die korrekte Konfiguration auf der Test Fix-ture erläutert. (Bild: Rohde & Schwarz)

Bild 2. Die Ethernet Test Fixture R&S RT-ZF2 erlaubt die einfa-che Verbindung der Oszilloskop-Tastköpfe mit den Signallei-tungen des Prüfobjekts. (Bild: Rohde & Schwarz)

Spezifizierte BroadR-Reach-Konformitätstests Testmodus Benötigte Messtechnik

Transmitter Output Droop 1 1-GHz-Oszilloskop (min. 2 Kanäle) mit 1 diff. 1-GHz-Tastkopf, Ethernet Test Fixture

Transmitter Distortion mit und ohne Disturber 4 1-GHz-Oszilloskop (min. 2 Kanäle) mit 1 diff. 1-GHz-Tastkopf, Ethernet Test Fixture, 50-MHz-Signalgenerator, BroadR-Reach-Frequenz-Konverter

Transmitter Timing Jitter in Master und Slave Mode 2 1-GHz-Oszilloskop (min. 2 Kanäle) mit 1 diff. 1-GHz-Tastkopf, Ethernet Test Fixture

Transmitter Power Spectral Density 5 1-GHz-Oszilloskop (min. 2 Kanäle) mit 1 diff. 1-GHz-Tastkopf, Ethernet Test Fixture

Transmitter-Clock-Frequenz 2 1-GHz-Oszilloskop (min. 2 Kanäle) mit 1 diff. 1-GHz-Tastkopf, Ethernet Test Fixture

MDI Return Loss 4 Netzwerkanalysator mit <1 MHz Startfrequenz

Tabelle 1. Übersicht über spezifizierte BroadR-Reach-Ethernet-Physical-Layer-Konformitätstests, die verwendeten Testmodi und die benötigte Messtechnik.

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ren. Arbeitet er auf dem Oszilloskop mit zusätzlichem Monitor und Maus, so können auf dem Bildschirm gleichzeitig Messkurven und -ergebnisse mitver-folgt werden. Der Anwender selektiert in der Software je nach Messaufgabe einzelne Tests oder komplette Testgrup-pen. Die Software zeigt in einer Über-sicht sämtliche Test ergebnisse in den Ampelfarben rot und grün an. Praktisch: Der Anwender kann einen Test auf Knopfdruck wiederholen, z.B. nach Verwendung des falschen Testsignals. Nach Abschluss der Messungen hat der Anwender die Möglichkeit, die Ergeb-nisse zusammenzufassen und wahlwei-se jede Einzelmessung graphisch und tabellarisch in einem Testbericht (Bild 4) zu dokumentieren.

Genaue Ergebnisse durch Frequenzteiler

Der sogenannte Transmitter-Distortion-Test überprüft die korrekte Datenüber-tragung mit einem Fehler von maximal 15 mV. In der BroadR-Reach-Testspezi-fikation sind die Algorithmen zur Ana-lyse des Signals als Matlab-Script spezi-fiziert. Die Algorithmen basieren auf der

Annahme, dass Störquelle und Daten-erfassung mit dem Takt des Prüflings synchronisiert werden. Dies wird auch im spezifizierten Testaufbau (Bild  5) deutlich: Der Takt des Testobjekts muss für eine korrekte Messung herausge-führt und als Referenz sowohl für Oszil-loskop als auch für den Signalgenerator verwendet werden.

Der Takt der BroadR-Reach-Schnitt-stelle beträgt 66,67 MHz. Die Messaus-rüstung wie Signalgeneratoren oder Oszilloskope erlauben üblicherweise die Taktsynchronisierung auf Basis von 10-MHz-Referenzsignalen. Rohde & Schwarz hat deshalb speziell für die BroadR-Reach-Konformitätstests den Frequenzteiler R&S RT-ZF3 entwickelt, mit des-sen Hilfe der 66,67-MHz-Takt des BroadR-Reach-Transmitters in ein als Referenz nutzbares 10-MHz-Takt-signal heruntergeteilt wird. Der Anwen-der erhält so zuverlässige Ergebnisse, die gemäß der Testspezifikation durch-geführt wurden.

Grundsätzlich sollten Anwender, die BroadR-Reach-Ethernet-Konformitäts-test durchführen wollen, darauf achten, dass der Messaufbau vollständig dem aktuellen Stand der Testspezifikation gemäß den Vorgaben der OPEN Alliance entspricht und alle notwendigen Kom-ponenten enthält. Die BroadR-Reach-Option R&S RTO-K24 erfüllt diese An-forderungen. ku

Literatur[1] BroadR-Reach-Spezifikation der IEEE

unter www.ieee802.org/3/1TPCESG/public/BroadR_Reach_Automotive_Spec_V3.2.pdf

Bild 5. Der Testaufbau der Tests mit Störquelle (Transmitter-Distortion-Tests) benötigt gemäß Spezi-fikation eine Taktsynchronisierung zwischen Testobjekt und Messtechnik. (Bild: Rohde & Schwarz)

Dr. Ernst Flemming ist Produktmanager Oszillos-kope bei Rohde & Schwarz in München. Er studierte Physik in Tübingen und in Hamilton, Ont. in Kanada und promovier-te an der Universität Kaisers-lautern.

Bild 4. Ausschnitt aus einem ausführlichen Testreport. (Bild: Rohde & Schwarz)