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Protokollanalyse Die Ethernet-Konformität mit dem Oszilloskop testen

Autor / Redakteur: Ernst Flemming * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Für Konformitätstests von Ethernet-Schnittstellen bietet Rohde & Schwarz eine automatisierte Testlösung für digitale Oszilloskope. Ein praktischer Wizard führt beim R&S RTO durch die Messung.

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Ethernet-Konformitätstests mit R&S RTO: Testsoftware laden, Test Fixture Set anschließen und vom Wizard durch die Konfiguration führen lassen. Das Bildschirmfoto zeigt das mit dem Oszilloskop erfasste Signal eines Ethernet-Chips im Modus für 100BASE-TX-Tests für Peak-to-Peak-Jitter-Messungen.
Ethernet-Konformitätstests mit R&S RTO: Testsoftware laden, Test Fixture Set anschließen und vom Wizard durch die Konfiguration führen lassen. Das Bildschirmfoto zeigt das mit dem Oszilloskop erfasste Signal eines Ethernet-Chips im Modus für 100BASE-TX-Tests für Peak-to-Peak-Jitter-Messungen.
(Rohde & Schwarz)

Eine Welt ohne Datenaustausch über Ethernet ist kaum noch vorstellbar, ob in der Industrie oder im privaten Bereich. Seinen Ursprung hat Ethernet in der IT-Netzwerktechnik und hat sich auch in unzähligen elektronischen Geräten und Anlagen als Kommunikationsschnittstelle etabliert. So nutzt die Automobilindustrie den Standard beispielsweise zur Robotersteuerung in der Produktion.

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Entwickler müssen die Interoperabilität von Ethernet-Schnittstellen sicherstellen. Dafür gilt es festzulegen, welche Tests durchzuführen, welche Abnahmekriterien zu berücksichtigen sind und wie eventuelle Fehler im Design schnell gefunden werden können. Ein Ethernet-Konformitätstest überprüft Schnittstellen nach standardisierten Testabläufen und unterstützt Hardware-Entwickler bei Fehlersuche und Freigabe von Designs.

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Mit dem Oszilloskop die Konformität testen

Eine Lösung für Ethernet-Konformitätstests sollte unbedingt die gängigen Ethernet-Varianten unterstützen. Das verwendete Oszilloskop muss über eine entsprechend hohe Messdynamik verfügen. Rohde & Schwarz bietet mit seiner Messlösung eine Möglichkeit, die auf den Oszilloskopen der R&S RTO-Familie basieren. Zugute kommt dem Anwender hier die hohe Messdynamik bei gleichzeitig niedrigem Rauschen, was bei den kritischen Transmitter-Distortion-Tests zu exakten Ergebnissen führt. Außerdem umfasst die Komplettlösung die beiden Software-Optionen R&S RTO-K22 für 10 bis 1000BASE-T sowie R&S RTO-K23 für 10GBASE-T und das Test Fixture R&S RT-ZF2. Der Anwender testet damit Ethernet-Schnittstellen weitgehend automatisiert. Die Ergebnisse lassen sich umfassend dokumentieren.

Die Entwicklung des Ethernet-Standards

Robert Metcalfe entwickelte Ethernet als Kommunikationsprotokoll bereits in den 1970er Jahren. Seit 1980 wird Ethernet von der Arbeitsgruppe 802 des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) standardisiert und fortlaufend weiterentwickelt. 10BASE-T, 100BASE-TX und 1000BASE-T sind die am häufigsten genutzten elektrischen Ethernet-Standards. Für Switches und Server werden für einen höheren Datendurchsatz inzwischen vermehrt Schnittstellen mit 10GBASE-T-Ethernet eingesetzt. Alle diese Schnittstellen nutzen zwei bzw. vier verdrillte Leitungspaare und üblicherweise RJ45-Steckverbindungen.

Der Ethernet-Standard mit der geringsten Datenrate ist 10BASE-T und basiert auf einem Manchester-codierten Signal. Die anderen hier betrachteten Standards mit höheren Datenraten nutzen zur Datenübertragung aufwendigere Codierungen mit bis zu 16 elektrischen Signalpegeln. IEEE hat Konformitätstests für die elektrischen Eigenschaften der Ethernet-Schnittstellen spezifiziert. Diese Dokumente beschreiben umfangreiche Tests der Transmitter-Signalqualität und einige Tests für die Receiver-Signalqualität.

Die Spezifikation definiert Messaufbauten, Testsequenzen und spezielle Testmodi. Der Anwender muss die Testmodi bei einem Konformitätstests manuell aktivieren, indem er entsprechende Registereinträge setzt. Details hierzu sind in der Dokumentation des verwendeten Ethernet-Chips beschrieben. Das Bild 1 zeigt als Beispiel den Testmodus 1 des 100BASE-T-Transmitter-Tests, mit dessen Hilfe die Signalqualität (Peak Voltage, Maximum Droop, Differential Output Template) des 100BASE-T-Signals vermessen wird.

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Interview mit Volker Ohlen: „Ethernet und USB sind weit verbreitete Protokolle in vielen Marktsegmenten“

Auf ein Wort: Volker Ohlen ist Leiter Entwicklung Applikationen Oszilloskope bei Rohde & Schwarz. Gerade die Protokolle Ethernet und USB sind in der Industrie weit verbreitet und werden in den unterschiedlichsten Marktsegmenten verwendet.
Auf ein Wort: Volker Ohlen ist Leiter Entwicklung Applikationen Oszilloskope bei Rohde & Schwarz. Gerade die Protokolle Ethernet und USB sind in der Industrie weit verbreitet und werden in den unterschiedlichsten Marktsegmenten verwendet.
( Bild: VBM-Archiv )

Warum die Entscheidung für Konformitätstests an Ethernet-Schnittstellen?

Grundsätzlich sind Transmitter-Konformitätstests für Protokolle ein klassisches Oszilloskop-Thema. Wir haben uns zunächst für USB und Ethernet entschieden, weil diese Protokolle sehr weit verbreitet sind und der R&S RTO mit seinen Eigenschaften wie der herausragenden Front-End- Qualität perfekt für diese Art von Messungen geeignet ist. Ethernet bietet zudem zahlreiche Derivate, so dass verschiedene Marktsegmente wie PC-Komponenten und Automobilindustrie mit einer Technologie abgedeckt werden können.

Wo liegen die Herausforderungen, wenn man eine solche Lösung entwickelt?

Wenn man an sehr neuen Ethernet-Standards wie BroadR-Reach arbeitet, gelangt man schwer an echte Testobjekte wie Evaluation-Boards, um Konformitätstests zu erproben. Wir möchten unseren Kunden die Sicherheit geben, eine Referenz in den Händen zu halten. Daher arbeiten wir eng sowohl mit den Chip-Herstellern zusammen als auch mit international anerkannten Testinstituten wie dem Interoperability Lab der University of New Hampshire, um unsere Konformitätstests zu verifizieren.

Welche Vorteile bietet das R&S RTO für den Test?

Der R&S RTO ist mit seinem sehr niedrigen Front-End-Rauschen und dem digitalen Trigger sehr gut für Konformitätstests geeignet – man will schließlich das Prüfobjekt vermessen und nicht das Oszilloskop. Für die Tests selbst bieten wir einen Test Wizard, der dem Benutzer Schritt für Schritt erklärt, wie er seinen Aufbau konfigurieren muss. Ein sehr sauber und übersichtlich dargestellter Testreport rundet die Benutzerfreundlichkeit ab.

Welche Überlegungen stecken hinter der Test Wizard-Funktion?

Konformitätstests sind nicht immer leicht aufzusetzen. Die Test-Fixtures haben oft mehrere Sektionen und Schalter, viele Kabel müssen verbunden und viele Einstellungen getätigt werden. Der Test-Wizard gibt Nutzern mit tiefen Kenntnissen der Technologie einen schnellen Einstieg in die Bedienung und anderen die Sicherheit, die Tests wiederholt in der richtigen Art und Weise durchzuführen..

Ist der Ethernet-Konformitätstest mit anderen Rohde & Schwarz-Oszilloskopen möglich?

Wie auch das R&S RTO, verfügen die Serien R&S RTM und R&S RTE über Funktionen wie FFT, Maskentest oder History Mode für die Messaufgaben im Laboralltag. Genau dafür sind ihre Bandbreiten konzipiert und daher für die meisten Konformitätstests nicht ausgelegt. Wir ziehen hier im Portfolio die Grenze, so dass wir genau das Oszilloskop bieten können, das von Preis und Leistung zum Anwender passt.

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