目錄1. SGMII概述2. SGMII工作原理3. 硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)4. SGMII測試方案4.1. 眼圖測試4.2. 功能與協(xié)議測試4.3. 接口與電氣測試1. SGMII概述SGMII 的全稱是 Serial Gigabit Media Independent Interface即 串行千兆媒體獨(dú)立接口。SGMII串行千兆介質(zhì)無關(guān)接口是一種用于千兆以太網(wǎng)1Gbps的串行接口標(biāo)準(zhǔn)旨在通過減少引腳數(shù)量和簡化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)MAC層與PHY芯片之間的高速通信。其核心作用包括引腳精簡采用差分串行信號(hào)將數(shù)據(jù)線從GMII的8位減少到1對(duì)發(fā)送 1對(duì)接收顯著節(jié)省PCB面積。高速傳輸通過嵌入時(shí)鐘與數(shù)據(jù)編碼技術(shù)支持1Gbps速率信號(hào)速率1.25Gbps。長距離支持適合背板或光模塊應(yīng)用傳輸距離可達(dá)數(shù)米銅纜或千米光纖。SGMII的前身 GMII 是并行接口需要8根數(shù)據(jù)線TXD[7:0]和時(shí)鐘線來傳輸數(shù)據(jù)在千兆速率下時(shí)鐘頻率高達(dá)125MHz布線數(shù)量多易產(chǎn)生信號(hào)同步和干擾問題。接口信號(hào)類型數(shù)據(jù)線數(shù)量時(shí)鐘適用場景GMII并行8位TXD[7:0]RXD[7:0]獨(dú)立隨路時(shí)鐘板上短距離直連SGMII差分串行TX_P/N RX_P/N2對(duì)差分內(nèi)嵌時(shí)鐘無獨(dú)立時(shí)鐘線背板、光模塊、長PCB走線SGMII IP遵循《Serial-GMII Specification V1.7》與《IEEE 802.3-2008》規(guī)范。SGMII IP特性支持10/100/1000Mb/s GMII接口支持自協(xié)商同步支持MDIO控制接口支持半雙工與全雙工模式支持獨(dú)立的SERDES調(diào)試接口支持運(yùn)行狀態(tài)與自協(xié)商結(jié)果輸出2. SGMII工作原理SGMII的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為625 MHz在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿采樣DDR雙倍數(shù)據(jù)速率電平采用LVDS標(biāo)準(zhǔn)。基準(zhǔn)時(shí)鐘RXCLK可由PHY提供為可選信號(hào)僅無時(shí)鐘場景給MAC側(cè)使用正常工作時(shí)不使用RXCLK接收端依靠CDR從串行數(shù)據(jù)流里恢復(fù)時(shí)鐘MAC芯片SGMII接口寄存器配置后可直接作為獨(dú)立SerDes使用物理兼容實(shí)現(xiàn)MAC-to-MAC直連無需外接PHY基準(zhǔn)時(shí)鐘仍為625MHz1. SGMII速率基準(zhǔn)時(shí)鐘625 MHzDDR雙邊沿采樣 → 每秒采樣點(diǎn) 625M × 2 1.25G Baud 8B/10B編碼10bit符號(hào)承載8bit有效數(shù)據(jù)有效千兆速率 1.25Gbps*8/10 1Gbps2. SGMII自協(xié)商支持鏈路速度和雙工模式的自動(dòng)協(xié)商例如協(xié)商是否工作在100Mbps或10Mbps模式下為適配低速率10/100 MbpsSGMII在PCS層之上對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行重復(fù)100 Mbps每個(gè)字節(jié)重復(fù)10次10 Mbps每個(gè)字節(jié)重復(fù)100次3. 時(shí)鐘恢復(fù)PHY或MAC集成CDR時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路從數(shù)據(jù)流中提取時(shí)鐘4. 配置信息傳輸除了傳輸數(shù)據(jù)幀SGMII還能在帶內(nèi)傳輸PHY的狀態(tài)和控制信息如鏈路狀態(tài)、雙工模式3. 硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)AC耦合電容電容最常見的應(yīng)用是并聯(lián)在電源引腳用于去耦和濾波。然而在高速通信信號(hào)線中串聯(lián)電容設(shè)計(jì)卻有著獨(dú)特作用。隔直通交阻斷發(fā)送端疊加的直流分量避免與接收端獨(dú)立偏置沖突改善信號(hào)完整性通過阻抗?jié)u變降反射、RC 電路平滑邊沿抑過沖。2. 獨(dú)立時(shí)鐘源使用低抖動(dòng)晶振如±50ppm提供125MHz參考時(shí)鐘若PHY需外部時(shí)鐘4. SGMII測試方案SGMII的測試參數(shù)主要涵蓋物理層眼圖測試參數(shù)、功能與協(xié)議測試參數(shù)以及接口與電氣測試參數(shù)三個(gè)維度。4.1. 眼圖測試1. SGMII眼圖模板點(diǎn)位X(UI)X(時(shí)間,ps)Y(差分電壓,mV)P1 左尖點(diǎn)-0.35 UI-2800P2 左上點(diǎn)-0.10 UI-80150P3 右上點(diǎn)0.10 UI80150P4 右尖點(diǎn)0.35 UI2800P5 右下點(diǎn)0.10 UI80-150P6 左下點(diǎn)-0.10 UI-80-1502. SGMII眼圖上下邊界模板邊界X(UI)X(時(shí)間,ps)Y(差分電壓,mV)上邊界左-0.50 UI-400400上邊界右0.50 UI400400下邊界左-0.50 UI-400-400下邊界右0.50 UI400-4004.2. 功能與協(xié)議測試參數(shù)主要用于驗(yàn)證SGMII接口的通信邏輯與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力核心參數(shù)包括1. 自協(xié)商參數(shù)包括速率10/100/1000Mbps、雙工模式全雙工/半雙工和流控參數(shù)。測試時(shí)需驗(yàn)證自協(xié)商Auto-Negotiation過程的正常握手與參數(shù)匹配。2. 環(huán)回測試參數(shù)包括PMA環(huán)回內(nèi)部環(huán)回通常需3.1ms左右驗(yàn)證通過和外部環(huán)回外環(huán)或互通通常需3.5ms左右驗(yàn)證通過的時(shí)延與誤碼率。3. 數(shù)據(jù)幀測試參數(shù)包括前導(dǎo)碼Preamble如7個(gè)551個(gè)D5的接收與識(shí)別、幀校驗(yàn)序列FCS的校驗(yàn)、以及異常幀如幀尾TX_ER拉高的處理邏輯。4. 狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)通過狀態(tài)向量StatusVector或寄存器狀態(tài)如Link狀態(tài)、XMIT狀態(tài)監(jiān)測鏈路連通性與工作狀態(tài)。正向回環(huán)反向回環(huán)4.3. 接口與電氣測試適用帶獨(dú)立RXCLK隨路時(shí)鐘的老式SGMII并行時(shí)序標(biāo)準(zhǔn)CDR內(nèi)嵌時(shí)鐘SGMII硬件指標(biāo)可參考但時(shí)序預(yù)算模型不同1. 驅(qū)動(dòng)器driver參數(shù)符號(hào)最小值最大值單位測試說明差分輸出電壓Vod150400mV差分峰峰值輸出共模電壓Vos10751325mV單端直流電位單端輸出阻抗—40140Ω驅(qū)動(dòng)源內(nèi)阻上升/下降時(shí)間(20%~80%)trise/tfall100200ps差分信號(hào)邊沿時(shí)鐘占空比(625MHz)clock4852%DCD占空比失真控制差分對(duì)內(nèi)偏移tskew1—20psP/N兩根線50%點(diǎn)延時(shí)差時(shí)鐘到數(shù)據(jù)有效窗口tclock2q250550ps時(shí)鐘沿到數(shù)據(jù)有效區(qū)間2. 接收器reciver參數(shù)符號(hào)最小值最大值單位說明輸入單端電壓范圍Vi6751725mV輸入共模電壓區(qū)間差分閾值Vidth-5050mV識(shí)別0/1最小差分電壓差分遲滯Vhyst25—mV抗噪聲遲滯差分輸入阻抗Rin80120ΩPCB匹配100Ω差分阻抗目標(biāo)建立時(shí)間tsetup100—ps數(shù)據(jù)先于時(shí)鐘穩(wěn)定時(shí)長保持時(shí)間thold100—ps時(shí)鐘過后數(shù)據(jù)維持時(shí)長3. 時(shí)序測試項(xiàng)目數(shù)值單位驅(qū)動(dòng)器有效窗口500ps峰峰值靜態(tài)封裝偏移100ps峰峰值接收器建立時(shí)間100ps峰峰值剩余余量窗口300ps峰峰值