在工業(yè)以太網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，物理層（PHY）芯片的傳輸距離受多種因素影響，尤其是電纜性能。本文通過使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）與ADI公司EVAL-ADIN1100EBZ評(píng)估套件相結(jié)合的方式，對(duì)支持IEEE 802.3cg 10BASE-T1L標(biāo)準(zhǔn)的ADIN1100、ADIN1110和ADIN2111 PHY芯片所支持的最大電纜長(zhǎng)度進(jìn)行評(píng)估。

測(cè)試目的與方法概述

本測(cè)試旨在估算不同電纜類型下，ADIN系列以太網(wǎng)PHY芯片在10BASE-T1L模式下的最大合規(guī)傳輸距離。該過程分為兩個(gè)主要階段：

電纜參數(shù)測(cè)量：利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）測(cè)量電纜的插入損耗（Insertion Loss）和回波損耗（Return Loss），判斷其是否符合IEEE 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)定義的傳輸要求；

鏈路性能驗(yàn)證：使用EVAL-ADIN1100EBZ評(píng)估板建立實(shí)際10BASE-T1L鏈路，通過內(nèi)置診斷功能測(cè)試鏈路質(zhì)量，包括均方誤差（MSE）、幀錯(cuò)誤率等指標(biāo)。

測(cè)試流程詳解

第一階段：電纜參數(shù)測(cè)量

將待測(cè)電纜接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，分別測(cè)量其在10 MHz至66 MHz頻段范圍內(nèi)的插入損耗與回波損耗。根據(jù)IEEE 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)，10BASE-T1L定義了兩種電壓擺幅配置：

高電平模式：2.4 V p-p，適用于長(zhǎng)距離傳輸；

低電平模式：1.0 V p-p，適用于短距離或噪聲敏感環(huán)境。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)中的插入損耗曲線，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可推算出該電纜在不同電壓配置下所能支持的最大合規(guī)長(zhǎng)度。

第二階段：鏈路性能測(cè)試

將兩塊EVAL-ADIN1100EBZ評(píng)估板通過被測(cè)電纜連接，構(gòu)建10BASE-T1L通信鏈路。隨后啟動(dòng)評(píng)估軟件，啟用以下功能進(jìn)行性能驗(yàn)證：

幀生成器（Frame Generator）：發(fā)送全帶寬以太網(wǎng)流量；

均方誤差（MSE）監(jiān)測(cè)：衡量接收信號(hào)質(zhì)量；

錯(cuò)誤計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)：記錄丟幀或CRC錯(cuò)誤；

環(huán)回模式（Loopback）：用于本地鏈路自檢。

測(cè)試通過標(biāo)準(zhǔn)如下：

成功建立10BASE-T1L鏈路；

MSE值優(yōu)于-20.5 dB；

整個(gè)測(cè)試過程中無(wú)幀錯(cuò)誤。

為確定極限長(zhǎng)度，需對(duì)同種類型但不同長(zhǎng)度的電纜重復(fù)測(cè)試，直至出現(xiàn)鏈路中斷或錯(cuò)誤幀為止。

實(shí)驗(yàn)限制與結(jié)果分析

由于實(shí)驗(yàn)室可用電纜長(zhǎng)度有限，部分測(cè)試無(wú)法覆蓋理論最大距離。例如，若僅能獲取500米電纜段，可通過級(jí)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)1000米鏈路，但這種方法難以準(zhǔn)確反映真實(shí)最大傳輸距離。因此，在某些情況下，測(cè)試得到的最大長(zhǎng)度可能低于理論極限。

表1匯總了多種電纜在不同電壓配置下的實(shí)測(cè)最大合規(guī)長(zhǎng)度。結(jié)果顯示，ADIN系列芯片在典型工業(yè)電纜上普遍可支持超過1000米的穩(wěn)定傳輸，尤其在2.4 V p-p高電平模式下表現(xiàn)更佳。

表1

結(jié)論

IEEE 802.3cg-2019標(biāo)準(zhǔn)定義了靈活的電纜兼容性要求，使得ADIN1100、ADIN1110和ADIN2111等10BASE-T1L PHY芯片能夠在多種傳統(tǒng)工業(yè)布線環(huán)境下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通信。通過結(jié)合VNA參數(shù)分析與評(píng)估板鏈路測(cè)試，工程師可有效預(yù)判特定電纜部署下的通信可靠性，為邊緣設(shè)備無(wú)縫接入工業(yè)以太網(wǎng)提供技術(shù)保障。

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