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以太网物理层信号测试与分析 1 物理层信号特点 以太网对应 OSI 七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑 链路控制子层 (LLC) 和介质访问控制子层 (MAC) 。MAC 与物理层连接的接口称作介质无关 接口（ MII ）。物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口 （MDI ）。在物理层中， 又可以分为物理编码子层 （PCS ）、物理介质连接子层 （PMA ）、物理介质相关子层 （PMD ）。 根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为 10Base-T ， 100Base-Tx 和 1000Base-T 三种，分别对应 10Mbps ，100Mbps 和 1000Mbps 三种速率级别。不仅是 速率的差异， 同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不 同，各有各的章法。下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。 1 、1 10Base-T 编码方法 10M 以太网物理层信号传输使用曼彻斯特 编码方法，即 “0 ”=由 “+跳变到” “- ”， “1 ”= 由 “- ”跳变到 “+”,因为不论是 ”0”或是 ”1”,都有跳变 , 所以总体来说 ,信号是 DC 平衡的 , 并且 接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。 图 1 曼彻斯特编码规则 1 、2100Base-Tx 编码方法 100Base-TX 又称为快速以太网，因为通常 100Base-TX 的 PMD 是使用 CAT5 线传 输，按 TIA/EIA-586-A 定义只能达到 100MHz ，而当 PCS 层将 4Bit 编译成 5Bit 时，使 100Mb/s 数据流变成 125Mb/s 数据流，所以 100Base-TX 同时采用了 MLT-3 （三电平 编码）的信道编码方法，目的是使 MDI 的 5bit 输出的速率降低了。 MLT-3 定义只有数据 是 “1”时，数据信号状态才跳变， “0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低 信号的频率。 图 2 MLT-3 编码规则 100Base-Tx 的 MAC 层在数据帧与帧之间，会插入 IDEL 帧（ IDEL=11111 ），告诉 网上所连接的终端，链路在闲置但正常的工作状态中（按 CSMA/CD ，DTE 数据终端机会 检测链路是否空闲，才会发送数据）。事实上链路绝大部分时间，以 IDEL “11111” 为主， 5Bit IDLE “11111若每个” “1都跳变的话，” MDI 信号的频率将会是 125MHz ，但是经过 MLT-3 编码后，原来的 125MHz 变成 31.25MHz 的信号，使频率变成原来的 1/4 。FCC 要求以太网不能产生过大的 EMI ，因为链路绝大部分时间是传输 IDEL ，MLT-3 编码会使 频率集中在 31.25MHz 范围，因此，在 MLT-3 编码前， PCS 层会对数据流进行伪随机的 Scrambling 扰码，使 “11111 分散，同时将能量与频谱扩散。” 1 、31000Base-T 以太网编码方法 1000Base-T 在物理层使用 5 电平 4D-PAM 编码，每个电平表示 5 符号 -2,-1,0,1,2 中的一个符号，每个符号代表 2 比特信息 ( 其中 4 电平中每个电平代表 2 比特位 , 分别表示 00 ，01