Sonderdruck Rohde & Schwarz EK auto 2015

ethernet
April 2015
Fachmedium für professionelle Automobilelektronik
BroadR-Reach-Konformitätstests:
Schnelle
Messergebnisse
>> Seite 10
Sonderdruck Rohde & Schwarz
€ 9,00
(Bild: Rohde & Schwarz)
Automatisierte Lösungen für BroadR-Reach-Konformitätstests:
Schnelle Ergebnisse
Die Überprüfung von BroadR-Reach-Schnittstellen nach standardisierten Testabläufen soll die Fehlersuche erleichtern und eine reibungslose
Zusammenarbeit von Komponenten unterschiedlicher Hersteller ermöglichen. Gut bedienbare Testlösungen mit einem hohen
Automatisierungsgrad sind hierbei eine große Hilfe.
Von Dr. Ernst Flemming
S
eit über 20 Jahren dient der CANBus zur Kommunikation zwischen
den Steuergeräten im Automobil.
Gestiegener Kommunikationsbedarf bei
Anwendungen wie z.B. der Übertragung
von Video-Daten führt derzeit zur Einführung von Ethernet im Fahrzeug. Im
Rahmen der OPEN Alliance (www.opensig.org) wurde mit BroadR-Reach-Ethernet [1] eine Variante spezifiziert, die den
Anforderungen im Automobil gerecht
wird und bald Teil des IEEE-802.3-Standards sein wird. Dieser Standard erlaubt
eine bidirektionale Kommunikation mit
100 Mbit/s Datenrate über ein einzelnes,
nicht geschirmtes Aderpaar. Im Vergleich zu 100BASE-TX-Ethernet ermöglicht BroadR-Reach-Ethernet so bei
gleicher Datenrate eine erhebliche
Kosten- und Gewichtseinsparung bei
der Verkabelung im Fahrzeug.
Die Interoperabilität der BroadRReach-Ethernet-Schnittstellen muss
vom Entwickler sichergestellt werden.
Die OPEN Alliance hat zu diesem Zweck
spezielle Konformitätstests definiert
(Tabelle 1). Diese erlauben die Überprüfung der BroadR-Reach-Schnittstellen nach standardisierten Testabläufen.
Die Konformitätstests unterstützen
Hardware-Entwickler bei der Fehlersuche und bei der Freigabe von Designs.
Zudem sollen die Tests sicherstellen,
dass die Komponenten verschiedener
Hersteller im Fahrzeug zusammenspielen.
Elektronik automotive Sonderausgabe Ethernet 2015
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
1000BASE-T sind derzeit die am häufigsten verwendeten elektrischen
Ethernet-Standards (Tabelle 2). Sie
nutzen im Gegensatz zu BroadR-Reach
(ein Leitungspaar) zwei bzw. vier verdrillte Leitungspaare und üblicherweise RJ45-Steckverbindungen.
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
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.
Die BroadR-Reach-Ethernet-Konformitätstestspezifikation beschreibt in
Anlehnung an die Ethernet-Testspezifikationen der IEEE für 1000BASE-T umfangreiche 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. Details hierzu hat der Hersteller in der Dokumentation des verwendeten EthernetChips zu beschreiben. Bild 1 zeigt als
Beispiel den Testmodus 1 des BroadRReach-Transmitter-Tests, mit dessen
Hilfe die Signalqualität des BroadRReach-Ethernet-Signals vermessen wird.
oder Geräten im Rahmen der Grundlagenentwicklung oder bei der Fehlersuche 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 Lösung für seine R&S-RTO-Oszilloskope
entwickelt.
Zudem bietet der Hersteller entsprechendes Testzubehör wie die sogenannte Ethernet Test Fixture an, die den
einfachen Anschluss der OszilloskopTastköpfe an die Signalleitungen des
Prüfobjekts erlaubt (Bild 2). Als Besonderheit kann die gleiche Test Fixture
auch für die Tests der 100BASE-TXService-Interfaces verwendet werden.
Komplette Messtechnik für Ethernet
Hoher Automatisierungsgrad
Entwickler führen BroadR-Reach-Ethernet-Konformitätstests an Komponenten
Bei der Inbetriebnahme von HardwareDesigns stehen Entwickler unter gro-
Bild 3. Anleitung zu einem Testfall des Ethernet-Konformitätstests. Links wird ein Testfall ausgewählt,
rechts wird die korrekte Konfiguration auf der Test Fix(Bild: Rohde & Schwarz)
ture erläutert. Bild 2. Die Ethernet Test Fixture R&S RT-ZF2 erlaubt die einfache Verbindung der Oszilloskop-Tastköpfe mit den Signallei(Bild: Rohde & Schwarz)
tungen des Prüfobjekts. 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 schrittweise und mit bildunterstützter Anleitung
durch den Testaufbau und konfiguriert
das Oszilloskop samt angeschlossenem
Signalgenerator sowie
Netzwerkanalysator automatisch (Bild 3). So wird
dem Anwender die aufwendige manuelle Testkonfiguration 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 Leitungspaare, Schirmung
Signalpegel
drei Pegel
fünf Pegel
drei Pegel
Übertragungsbandbreite
32,5 MHz
62,5 MHz
33,33 MHz
8B10B, PAM-5, Vollduplex pro Leitungspaar, vier 4B3B, PAM-3, Vollduplex, ein verdrilltes Leitungspaar
verdrillte Leitungspaare, Schirmung
ohne Schirmung
Tabelle 2. Vergleich der Protokolleigenschaften verschiedener Ethernet-Standards mit BroadR-Reach Ethernet.
Elektronik automotive Sonderausgabe Ethernet 2015
Messtechnik
ren. Arbeitet er auf dem Oszilloskop mit
zusätzlichem Monitor und Maus, so
können auf dem Bildschirm gleichzeitig
Messkurven und -ergebnisse mitverfolgt werden. Der Anwender selektiert
in der Software je nach Messaufgabe
einzelne Tests oder komplette Testgruppen. Die Software zeigt in einer Übersicht sämtliche Testergebnisse 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 Ergebnisse zusammenzufassen und wahlweise jede Einzelmessung graphisch und
tabellarisch in einem Testbericht (Bild 4)
zu dokumentieren.
Genaue Ergebnisse durch
Frequenzteiler
Der sogenannte Transmitter-DistortionTest überprüft die korrekte Datenübertragung mit einem Fehler von maximal
15 mV. In der BroadR-Reach-Testspezifikation sind die Algorithmen zur Analyse des Signals als Matlab-Script spezifiziert. Die Algorithmen basieren auf der
Bild 4. Ausschnitt aus einem ausführlichen Testreport. Annahme, dass Störquelle und Datenerfassung 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 herausgeführt und als Referenz sowohl für Oszilloskop als auch für den Signalgenerator
verwendet werden.
(Bild: Rohde & Schwarz)
Der Takt der BroadR-Reach-Schnittstelle beträgt 66,67 MHz. Die Messausrüstung 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-Taktsignal heruntergeteilt wird. Der Anwender erhält so zuverlässige Ergebnisse,
die gemäß der Testspezifikation durchgeführt wurden.
Grundsätzlich sollten Anwender, die
BroadR-Reach-Ethernet-Konformitätstest durchführen wollen, darauf achten,
dass der Messaufbau vollständig dem
aktuellen Stand der Testspezifikation
gemäß den Vorgaben der OPEN Alliance
entspricht und alle notwendigen Komponenten enthält. Die BroadR-ReachOption R&S RTO-K24 erfüllt diese Anforderungen. ku
Literatur
[1]BroadR-Reach-Spezifikation der IEEE
unter www.ieee802.org/3/1TPCESG/
public/BroadR_Reach_Automotive_
Spec_V3.2.pdf
Dr. Ernst Flemming
Bild 5. Der Testaufbau der Tests mit Störquelle (Transmitter-Distortion-Tests) benötigt gemäß Spezi(Bild: Rohde & Schwarz)
fikation eine Taktsynchronisierung zwischen Testobjekt und Messtechnik. Elektronik automotive Sonderausgabe Ethernet 2015
ist Produktmanager Oszilloskope bei Rohde & Schwarz in
München. Er studierte Physik
in Tübingen und in Hamilton,
Ont. in Kanada und promovierte an der Universität Kaiserslautern.

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