目录
[1. 10BASE-T1S概述](#1. 10BASE-T1S概述)
[1.1. 10BASE-T1S简介](#1.1. 10BASE-T1S简介)
[1.2. 10BASE-T1S 主要功能](#1.2. 10BASE-T1S 主要功能)
[1.3. 物理层关键参数](#1.3. 物理层关键参数)
[1.4. 10BASE-T1S核心特性](#1.4. 10BASE-T1S核心特性)
[2. 10BASE-T1S PMA测试方案](#2. 10BASE-T1S PMA测试方案)
[2.1. PMA测试项目](#2.1. PMA测试项目)
[2.2. Test mode介绍](#2.2. Test mode介绍)
[2.3. 测试组网](#2.3. 测试组网)
[2.3.1. Test Mode 1/2/3：发射机电气测量](#2.3.1. Test Mode 1/2/3：发射机电气测量)
[2.3.2. Test Mode 4：高阻抗测量](#2.3.2. Test Mode 4：高阻抗测量)
[2.4. 详细测试项目](#2.4. 详细测试项目)
[2.4.1. Transmitter Output Voltage](#2.4.1. Transmitter Output Voltage)
[2.4.2. Transmitter Output Droop](#2.4.2. Transmitter Output Droop)
[2.4.3. Transmitter Timing Jitter](#2.4.3. Transmitter Timing Jitter)
[2.4.4. Transmitter Power Spectral Density](#2.4.4. Transmitter Power Spectral Density)
[2.4.5. Rise and Fall Time for Transmitter](#2.4.5. Rise and Fall Time for Transmitter)
[2.4.6. Transmitter High Impedance Mode](#2.4.6. Transmitter High Impedance Mode)
[2.4.7. Receiver differential input signals](#2.4.7. Receiver differential input signals)
1. 10BASE-T1S概述
在汽车电子电气架构向域控制器、区域架构演进的浪潮中，传统 CAN、LIN 总线已难以满足 ADAS、智能座舱等系统对带宽、实时性与轻量化的多重需求。而车载系统级芯片（SoC）中，以太网 10Base-T1S 技术正凭借其独特优势，成为连接车载 ECU 与传感器的 "新基建"。本文将从技术特性、与传统网络的对比、应用场景及验证挑战等维度，全面解析这一重塑汽车网络的关键技术。
1.1. 10BASE-T1S简介
- IEEE 802.3cg 标准，2020 年 2 月发布，属于 SPE（单对以太网，Single Pair Ethernet） 体系
- 命名拆解：
10= 10 Mbps ｜BASE= 基带传输 ｜T1= 一对双绞线 ｜S= Short Reach（≤25 m） - 注意别和 10BASE-T1L 混淆：那是长距版（可达 1000 m，工业过程自动化，PAM3/PAM4、7.5 MBd）。T1S 才是车载短距多节点版。
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 标准 | IEEE 802.3cg（Clause 147 定义 PHY，Clause 148 定义 PLCA），2019/2020 发布 |
| 体系 | SPE（Single Pair Ethernet，单对以太网） |
| 速率 | 10 Mbps |
| 线缆 | 单对非屏蔽双绞线（UTP）即可 |
| 定位 | 汽车车身 / 底盘低速节点 + 工业边缘传感器，替代 LIN / 低速 CAN |
随着汽车智能化程度提升，车载网络面临三大核心矛盾：
-
带宽需求激增与传统总线局限的矛盾：ADAS 系统的高清摄像头、激光雷达需传输海量数据，而 CAN-FD 最大带宽仅 10Mbps，难以支撑多设备协同；
-
布线复杂度与整车轻量化的矛盾：传统分布式架构下，每增加一个 ECU 或传感器就需额外布线，导致车身重量上升（直接影响续航）、线束成本占比超 15%；
-
多协议并存与软件统一的矛盾：CAN、LIN、Flexray 等协议各自为战，需通过网关转换数据，增加了系统延迟与故障率；
在此背景下，IEEE 802.3cg 标准定义的 10Base-T1S 技术应运而生。作为专为车载场景优化的以太网协议，它以 "低成本、轻量化、高适配性" 为核心目标，填补了传统总线与高速以太网（如 100Base-T1）之间的技术空白。
| 对比项 | 10BASE-T1S（IEEE 802.3cg Clause147） | 10BASE-T1L（IEEE 802.3cg Clause146） |
|---|---|---|
| 拓扑架构 | 多点总线 Multidrop，最多 8 个节点 | 点对点 Point-to-Point，仅 2 个节点 |
| 工作模式 | 半双工，PLCA 总线仲裁机制 | 全双工 |
| 最大线缆长度 | 25 m | 1000 m（1 km） |
| 符号速率 | 12.5 MBd | 7.5 MBd |
| 典型应用 | 车载短距离总线，替代 CAN/LIN | 工业现场传感器，长距离单对布线 |
| 合规参考文档 | OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0 | IEEE 802.3cg Clause146，无同系列 OA PMA 专项规范 |
1.2. 10BASE-T1S 主要功能
- 单根双绞线实现 10 Mbps 以太网传输
- 多点拓扑：多节点共用一根线
- 简化网络设计，降低对网关的依赖
- 兼容区域架构（Zonal）和边缘节点集成
| 维度 | LIN | CAN / CAN FD | 10BASE-T1S | 100/1000BASE-T1 |
|---|---|---|---|---|
| 速率 | ~20 kbps | ≤几 Mbps | 10 Mbps | 100M / 1G |
| 节点拓扑 | 单主多从 | 多主总线 | 多节点总线（PLCA） | 点对点为主 |
| IP 原生 | 否 | 否（非 IP） | 是，原生以太网 | 是 |
| 典型用途 | 车窗 / 座椅等极简节点 | 动力 / 底盘控制 | 车身低速传感器 / 执行器 | 骨干 / 域间 |
| 统一架构 | 需网关转换 | 需网关转换 | 直接进以太网架构 | 骨干 |
1.3. 物理层关键参数
| 参数 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| 线路编码 | 差分曼彻斯特 DME （两级）+ 4B5B | 自时钟、直流平衡、基线漂移小，抗噪好IEEE Standards Group |
| 符号率 | 12.5 MBd | 由 10 Mbps × 4B5B (5/4) 折算 |
| 差分幅度 | 约 ±300 mV（峰峰约 600 mV），空闲态约 0 V | 低摆幅 → 低 EMI、低功耗mvwautomotive.com |
| 点对点距离 | ≥ 15 m | 基础互操作模式 |
| 总线（Multi-drop）距离 | 25 m 混合段，分支短截线约 10 cm | 半双工共享介质 |
| 拓扑能力 | 半双工点对点（必选）/ 全双工点对点（可选）/ 半双工多节点总线（可选） | IEEE Standards Group |
1.4. 10BASE-T1S核心特性
| 序号 | 核心特性 | 关键内容 | 车载价值 / 对应场景 |
|---|---|---|---|
| 1 | 物理层：数据 + 供电二合一 | 单对双绞线传数据；支持 PoDL（数据线供电），同一根线边通信边给传感器 / 小型 ECU 供电；DME+4B5B 编码，约 600 mV 差分摆幅 | 省掉额外电源线；布线成本较 CAN-FD 降 30%+；适合车门、底盘等布线空间紧张区域 |
| 2 | 拓扑与兼容性：总线 + 星型混合 | 支持 Multidrop 总线型（单总线 ≥8 节点、25 m，短截线约 10 cm）；可与 100BASE-T1/1000BASE-T1 无缝衔接 | 减少交换机数量、降硬件成本；形成 "高速骨干网 + 低速接入网" 分层架构，统一整车软件框架 |
| 3 | 性能参数：平衡带宽与能耗 | 带宽 10 Mbps ；Open Alliance 3 引脚设计，芯片面积较传统 PHY 减 40% ，待机功耗 < 50 mA ；−40~+125 ℃ 宽温；EMC 符合 ISO 11452 | 远超 CAN-FD 带宽、够传感器 / 座舱控制；低功耗适配新能源车；可抗发动机 / 电机强干扰 |
| 4 | 功能模式：多模式动态切换 | 全双工 （双向高速）／半双工 Multi-drop （传感器集群）／低功耗（熄火休眠，配 625 kHz 唤醒音） | 按 ECU 需求灵活选模式：座舱屏↔主机用全双工；超声波雷达集群用多 - drop；熄火后降待机能耗 |
| 5 | 成本控制：与传统总线平价竞争 | 通过简化 PHY 设计、减少连接器（ECU 仅 1 个接口），硬件成本做到与 CAN-FD 持平 ；单节点成本较 100BASE-T1 降约 60% | "用 CAN 的成本，享以太网的能力"；低速节点向以太网迁移具备经济可行性 |
2. 10BASE-T1S PMA测试方案
2.1. PMA测试项目
OA 10BASE-T1S PMA 验证三大类：
-
发射机电气特性（Transmitter）
-
接收机受损信号能力（Receiver）
-
多节点释放总线后的 MDI 阻抗
关键前提：不同测试项要用不同的线路状态（Test Mode），不能用同一组波形 / 同一个 Test Mode 代替 ------ 这是做一致性测试最容易踩的坑。
| OA 测试项目 | 线路状态 | 测试目的 |
|---|---|---|
| Transmitter Output Voltage | Test Mode 1 | 验证差分输出电压幅度及波形是否落在规定**掩模（mask）**内 |
| Transmitter Output Droop | Test Mode 2 | 验证正 / 负平顶的电压保持能力（防基线漂移） |
| Transmitter Timing Jitter | Test Mode 3 | 观察累计时间误差及其分布（TJ） |
| Transmitter Power Spectral Density | Test Mode 3 | 验证发射能量的频域分布（EMC 相关） |
| Rise and Fall Time for Transmitter | Test Mode 3 | 验证边沿速度及离散性 |
| Transmitter High Impedance Mode | Test Mode 4 | 确认静默节点不会过度加载多点总线（Multi-drop 关键） |
| Receiver 差分输入信号（BER 验证） | 正常接收；Test Mode 3 用于校准 | 验证最坏信道 + 噪声下的接收稳健性（误码率） |
2.2. Test mode介绍
Test Mode 控制机制
-
通过 PHY 管理接口（MDIO） 或等效方式建立稳定、可重复的线路状态
-
寄存器：IEEE 802.3 Clause 45，Test Mode Control Register = 1.229915:13
-
依据：OA PMA Compliance v1.0
| 模式 / 状态 | 寄存器值 1.2299 15:13 | 线路行为 | 对应 OA 测试项目 |
|---|---|---|---|
| 正常收发 | 000 |
退出 Test Mode，正常收发以太网帧 | Receiver 差分输入信号（BER 验证） |
| Test Mode 1 | 001 |
连续发送 DME 编码 "1" | Transmitter Output Voltage |
| Test Mode 2 | 010 |
正、负平顶差分电平循环 | Transmitter Output Droop |
| Test Mode 3 | 011 |
连续发送伪随机 DME 图样 | Timing Jitter / Power Spectral Density / Rise & Fall Time / 接收机受损信号校准 |
| Test Mode 4 | 100 |
Multi-drop 条件下发射机呈高阻抗 | Transmitter High Impedance Mode |
2.3. 测试组网
2.3.1. Test Mode 1/2/3：发射机电气测量
-
OA multidrop 条件下，发射机电气测试按规定 50 Ω 差分负载执行
-
用高阻差分探头或双通道合成分差时，必须把 DUT 板上端接 + 夹具电阻 + 仪器输入阻抗一起纳入实际负载核算（不能只看仪器那头的标称阻抗）
2.3.2. Test Mode 4：高阻抗测量
高阻抗测试评估静默节点对总线的并联加载。参考平面应位于 DUT MDI，测试路径不得残留总线端接，并在解释结果前明确 CMC、耦合电容、ESD 器件和连接器是否属于被测范围。
2.4. 详细测试项目
2.4.1. Transmitter Output Voltage
-
测试目的：该测试检查规定差分负载下的输出摆幅，并通过电压掩模验证重复波形、交叉区和边沿是否满足规定要求。
-
测试模式：test mode 1
-
测试方法：实测对 1 ms 连续采集窗口内的 Test Mode 1 周期进行叠加，连续时间序列同时用于排查瞬态中断和幅度漂移。
-
测试步骤：
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | 配置 DUT：发射机设为 multidrop ，并进入 Transmitter Test Mode 1（寄存器 1.2299 15:13=001，持续发送 DME 编码 "1"） |
| 2 | 将 DUT 的 BI_DA+ / BI_DA−（MDI） 连接到 MDI Test Fixture 1（50 Ω 端接） |
| 3 | DSO 设置测量差分电压 VDiff = BI_DA+ − BI_DA− ，采集时长 ≥ 1 ms ；通道加 低通滤波抑制高频噪声 ，截止频率设为 200 MHz ~ 500 MHz ；禁止使用平均（averaging） |
| 4 | 读取 VDiff 的最大幅度（峰值）与最小幅度 |
| 5 | 将实测波形与 OA 规定的**输出电压波形模板（Figure 1）**比对，检查 Vpp 是否落在规定范围内、波形是否越模板线 |
| 6 | 判定：发射机差分输出电压（Vpp）不得违反 Figure 1 模板，否则不合格 |
- 测试标准：Transmitter Output Voltage 为 0 次掩模违规
参考：OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0，Test 147.5.4.1
2.4.2. Transmitter Output Droop
-
测试目的：Test Mode 2 形成正、负长平顶电平，用于观察驱动能力、AC 耦合和低频响应引起的电压变化；正负方向必须分别评估。
-
测试模式：test mode 2
-
测试方法：10 ms 采集被划分为十个 1 ms 统计窗口，正、负脉冲分别以峰值及其后 800 ns 的电平计算 Droop。
-
测试步骤：
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | 配置 DUT：发射机设为 multidrop ，并进入 Transmitter Test Mode 2（寄存器 1.2299 15:13=010，持续发送正差分电平 1.6 µs 后接负差分电平 1.6 µs，循环往复） |
| 2 | 将 DUT 的 BI_DA+ / BI_DA−（MDI） 连接到 Test Fixture 1（50 Ω 端接） ，DSO 测量差分电压 VDiff = BI_DA+ − BI_DA− |
| 3 | 设置分析窗口：至少 313 个 Test Mode 2 周期（≥1 ms） |
| 4 | 对每个周期：找到上升沿过零点，测量过零之后的峰值电压 Vpk |
| 5 | 对每个 Vpk：测量其之后 800 ns 处 的电压 Vdelay |
| 6 | 计算该周期 Droop =（Vpk − Vdelay）/ Vpk × 100% |
| 7 | 重复步骤 4--6 共 10 次；再改用下降沿为参考（测负向峰值）重复整套步骤 |
| 8 | 判定：10 个正向 Droop 每个都须 < 30.0% ，且 10 个负向 Droop 每个都须 < 30.0%（正、负方向分别评估，单点超标即不合格） |
- 测试标准：实测正向最大 Droop 为 8.12%～8.60%，负向最大 Droop 为 7.79%～8.26%，二十个结果均低于 30.0% 限值。
| 统计对象 | 实测范围 | OA 判定边界 | 余量 |
|---|---|---|---|
| 正向最大 Droop | 8.12% ~ 8.60% | 每个结果 < 30.0% | 约 21% |
| 负向最大 Droop | 7.79% ~ 8.26% | 每个结果 < 30.0% | 约 22% |
| 观察窗口 | 10 × 1 ms | 正、负方向分别评估 | --- |
参考：OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0，Test 147.5.4.2
2.4.3. Transmitter Timing Jitter
-
测试目的：TIE 描述大量边沿的时间误差分布
-
测试模式：test mode 3
-
测试方法：本组数据来自 20 ms 连续采集，PSD 分辨率带宽为 100 kHz。TIE 保留峰峰值与分布尾部。
-
测试步骤：
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | 配置 DUT 工作在 Transmitter Test Mode 3（寄存器 1.2299 15:13=011，持续发送 DME 编码 PRBS 图样） |
| 2 | 将 DUT 的 BI_DA+ / BI_DA−（MDI） 连接到 Test Fixture 1（50 Ω 端接），差分探头接 DSO（带宽 ≥500 MHz、采样率 ≥2 GS/s） |
| 3 | 设置分析窗口：12500 个 Test Mode 3 周期（≈2 ms） ，在整个窗口内测量累积 TIE（时间间隔误差）抖动 ，抖动测量电压门限设为 0 V |
| 4 | 重复步骤 3 共 10 组 ，取 10 组中最大的 pk-pk TIE 抖动值 |
| 5 | 判定：最大 pk-pk TIE 抖动须 < 2.5 ns（10 组中任一组超标即不合格） |
- 测试标准：Peak-to-Peak TIE Jitter<2.5ns
参考：OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0，Test 147.5.4.3
2.4.4. Transmitter Power Spectral Density
-
测试目的：PSD 检查发射能量及谐波分布
-
测试模式：test mode 3
-
测试方法：PSD 呈现低频主能量和后续谐波，并与边沿时间共同形成可追溯证据。
-
测试步骤：
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | 配置 DUT，使其工作在 Transmitter Test Mode 3（持续发送 DME 编码 PRBS 伪随机图样） |
| 2 | 将 DUT 的 BI_DA（MDI） 连接到 Test Fixture 1（50 Ω 端接） |
| 3 | 配置频谱分析仪（SA）：RBW = 100 kHz，VBW = 300 kHz，扫描时间 > 1 s，RMS 检波（若用 DSO 做等效设置） |
| 4 | 捕获 Test Mode 3 发射波形的频谱 |
| 5 | 计算出发射机功率谱密度（PSD） |
| 6 | 将 PSD 曲线与 OA TC14 规范 6.3.2.1「发射机 PSD 模板」（Figure 4）逐频点比对，全程在模板内即 PASS |
- 测试标准：Power Spectral Density不进入 PSD 掩模禁区
参考：OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0，Test 147.5.4.4
2.4.5. Rise and Fall Time for Transmitter
-
测试目的：验证发射机边沿速度（rise/fall time）落在规定范围内
-
测试模式：test mode 3
-
测试方法：测试test mode3情况下DSO 设置测量 20%--80% 的 rise/fall time；采集时长 2 ms，在 2 ms 内统计出 rise/fall_max（最慢/快边沿）。
-
测试步骤：
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | DUT → multidrop + Test Mode 3 |
| 2 | BI_DA± 接 Test Fixture 1（50 Ω） |
| 3 | DSO 设置测量 20%--80% 的 rise/fall time；采集时长 2 ms |
| 4 | 上升 / 下降门限使用 Statistical Top / Bottom（统计上下电平），不用固定 0 / 满幅 ------ 避免 Droop 和基线漂移把门限带偏 |
| 5 | 在 2 ms 内统计出 rise/fall_max（最慢边沿） |
| 6 | 在 2 ms 内统计出 rise/fall_min（最快边沿） |
- 测试标准：rise_max、rise_min、fall_max、fall_min 四个值都必须落在 7.5 ns ~ 15 ns 区间内
参考：OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0，Test 6.3.2.2
2.4.6. Transmitter High Impedance Mode
-
测试目的：多点网段中的静默节点仍并联在总线上。本项检查 DUT 在正常供电、低功耗、掉电三种状态下的差分阻抗，确认静默节点不会因并联加载而压缩总线阻抗余量（避免多节点叠加后把总线拉低、反射恶化）。
-
测试模式：test mode 4
-
测试方法:用矢量网络分析仪（VNA）在 DUT MDI 参考平面测差分 / 共模阻抗曲线，分别记录三种电源状态下的曲线；高阻曲线对参考平面、残留端接和电源状态敏感，出现频段阻抗下降时须先排除校准与连接路径，再分析 DUT 寄生电容、保护器件和状态控制。
-
测试步骤：
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | DUT → multidrop + Test Mode 4（发射机进入高阻抗静默态） |
| 2 | 参考平面定在 DUT MDI ；校准后保持端口线缆和适配器不变；清除测试路径中的总线端接，明确耦合与保护器件边界 |
| 3 | VNA 设置：Start 100 kHz 、Stop 50 MHz 、功率 −0.3711 dBm 、Linear 扫描、步进 100 kHz 、测量带宽 1 kHz ；差分参考阻抗 100 Ω 、共模参考阻抗 25 Ω ；Averaging OFF 、Smoothing OFF |
| 4 | 分别在 正常供电 / 低功耗 / 掉电 三种状态下记录差分（及共模）阻抗曲线 |
| 5 | 若某一频段阻抗下降：先排除校准与连接路径影响，再分析 DUT 寄生电容、保护器件和状态控制 |
- 测试标准：三种电源状态下静默节点的差分阻抗均须保持在 OA 规范规定的高阻范围，不出现异常频段阻抗跌落，确保多节点并联后总线余量不受压缩。
参考：OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0，Test（Transmitter High Impedance Mode
2.4.7. Receiver differential input signals
-
测试目的：验证最坏情况信道叠加规定噪声后，DUT 能否稳定恢复真实以太网帧。Test Mode 3 仅用于建立和校准受损信号，正式验证时 DUT 必须退出 Test Mode 并正常接收以太网帧。
-
测试模式：Test Mode3（仅用于受损信号校准；正式接收阶段退出 Test Mode）
-
测试方法：测试分为受损信号校准 和DUT 真实接收两个阶段。校准完成后仅替换接收端并切换 DUT 工作状态，信道、噪声和连接条件保持不变；使用 BERT 发送以太网报文，统计发送量、接收量、错误数、丢帧数，评估 BER / 帧丢失率。
- 测试步骤：
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | DUT 配置为 Test Mode3，接入测试夹具（50Ω），搭建含信道与噪声注入的测试链路 |
| 2 | BERT 发送测试信号，DSO 采集波形，完成受损信号校准，锁定信道、噪声、连接条件，全程不改动链路 |
| 3 | 保持信道、噪声、连接不变，将接收端切换为 DUT，DUT 退出 Test Mode3，进入正常以太网接收模式 |
| 4 | 预先固定帧长、发送速率、计数位置、错误判定规则；BERT 持续发送 1518-byte 报文，统计报文数量约 2,470,000 个 |
| 5 | 记录发送量、接收量、错误数、丢帧数，计算 BER / 帧丢失率，不使用短时无丢包替代长期统计结论 |
| 6 | 更换测试通道，重复上述校准 + 接收测试流程 |
- 测试标准
- OA 接收边界：BER<10^(-10)；若采用 125 octet 帧，帧丢失率<10(-7)
- 长期报文统计，不能用短时无丢包代替长期结论
参考：OA 10BASE-T1S PMA Compliance Test Spec v1.0，Test 147.5.4.4