汽车以太网一致性之 MDI 模式转换损耗测试

作者：泰克科技

随着汽车安全性和娱乐性的要求不断提高，车载网络 (IVN) 的数据速率要求也在不断提高。高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和驾驶舱信息娱乐系统等系统变得越来越快，越来越复杂。制造商正在转向车载网络的研究，用以支持 ADAS 和驾驶舱信息娱乐系统中设备的数据速率传输。为了保障汽车以太网环境下，设备能够正常运行，发射端、接收端和电缆 / 连接器组件等部件必须通过一系列 一致性测试。

MDI 模式转换损耗测量可确保 ECU 到 ECU 的通信产生 的 EMI/EMC 符合一致性。

IEEE P802.3bw D3.3 和 IEEE P802.3bp 标准确定了几种一致性测试，以确保设备的互操作性。 介质相关接口 (MDI) 模式转换损耗是一项重要测试。共模电压到差模电压，或者差模电压到共模电压的转换，会产生不想要的信号，转换规范目的就是限制无用信号 的能量。MDI 转换损耗测试用于评估MDI的损耗，以确认在规范规定的特定频率范围内，反射功率能维持在设定限定值以下。MDI 模式转换损耗测试通常使用矢量网络分析仪 (VNA) 的端口 1 和端口 2 进行测试。



技术洞察

规范要求的100BASE-T1/1000BASE-T1 设备理想情况下，具有100Ω的差分特性阻抗 ; 但是，MDI输出的正负极性不匹配会导致模式转换。

在有线信号中，差模和共模之间的转换会降低传输信号的质量，并导致环境中的电磁兼容问题。因此，要求传输线组件必须测试其转换损耗特性，如纵向转换损耗 (LCL)、横向转换损耗 (TCL) 和混合模式 S 参数。

100BASE-T1MD链路段的共模和差模转换TCLT和TCTL(定义在S参数：Sdc11、Sdc22、Sdc21和Sdc12中)应满足或超过以下公式中从1MHz到200MHz的所有频率要求。




100BASE-T1一致性测试区域 : 1000BASE-T1 链路段的 纵向转换损耗 (LCL) 和横向转换损耗 (TCL) 模式转换，在MDI处测量的PHY，LCL (Sdc11) or TCL (Scd11) 应满足在 10MHz 到 600MHz范围内的所有频率都可以满足以下公式：



模式规范适用于 :
● 使用 S 参数 SDC11/SDC22 描述纵向转换损耗 (LCL) 以及共模到差模的回波损耗 20*log10(abs 0.5*(S11+S12-S21-S22)
● 使用 S 参数 SCD11/SCD22 描述横向转换损耗 (TCL) 以及差模至共模回波损耗
● 使用 S 参数 SDC12/SDC21 描述纵向回波损耗 (LCTL) 以及共模到差模插入损耗
● 使 用 S 参 数 描 述 SCD12/SCD21 的 横 向 转 换 损 耗 (TCTL) 以及差模至共模插入损耗



推荐测试设置

MDI模式转换损耗测量通常使用矢量网络分析仪(VNA)执行。根据VNA的设计，可能只有一个输入端口，如果是这种情况，则需要使用巴伦将DUT的差分传输转换为VNA的单端输入。但是，如果VNA有两个或更多输入端口，则不需要巴伦。

使用VNA时，必须在多端口网络分析仪上进行MDI模式转换损耗测量。测量模式转换损耗时，测试装置中布线和测试夹具的阻抗匹配至关重要。除了使用的测试夹具外，尤其建议在测试设置下放置一个参考接地，并牢固地连接到测试夹具以实现充分接地。将DUT的MDI 和测试设备连接起来的夹具都应具有足够的模式转换损耗裕度，以满足MDI的要求。



在 VNA 中，设置测试的起始和终止频率。根据 Open Alliance 规范，必须根据汽车以太网比特率选择合适的频率范围。





MDI模式转换损耗测试报告集成指南

适用于100 Base-T1/1000 Base-T1的TekExpress 汽车解决方案，提供了将MDI模式转换损耗 (MCL)的外部结果集成到 TekExpress 报告中的选项。 该解决方案提供了一个选项，可以选择特定的S2P文件格式 (具有 Sdc11(Re/Im))进行浏览。

该解决方案读取Sdc11实部和虚部，将其转换为dBm单位，并根据一致性测试指标范围进行绘图。MDI模式转换损耗测试S2P文件格式如下:



Sdc11 位于第 2 位，其 Re/Im 分别位于第 4 列和第 5 列。 典型值如下所示：



配置 MDI MCL 测试 100 Base-T1 or 1000Base-T1 测试
● 进入 “DUT Panel” 选择套件
● 进入的“Test Panel” 并选择测试
● 点击 MDI 模式会话 S2p “浏览” 选项
● 点击运行
● 生成报告，并显示全部细节

100BASE-T1 MDI模式转换损耗 (MCL) 测试限定值



下面的图表显示了 IEEE 100BASE-T1/ 1000BASE-T 一 致性测试的限定值：



备注 : IEEE P802.3bw/ D3 规范定义了这些限定值

1000BASE-T1 MDI模式转换损耗(MCL)测试限定值





此限定值来自 IEEE Std 802.3bp-2016。

使用 Matnet 测试夹具的不同端口的 MDI 模式转换损耗的仿真数据。


MDI模式转换TekExpress图表

总结

MDI模式转换测试使用外部VNA(矢量网络分析仪)执行。该测量将有助于检查ECU到ECU(电子控制单元)的共模EMI/EMC一致性性。对于用户来说，提供单个一致性性报告始终是一个挑战。但是，针对100/1000 Base-T1的测试， 泰克汽车一致性性解决方案提供了一个选项，可以将MDI模式转换损耗(MCL)的外部结果整合到泰克TekExpress报告中。