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1. Ethernet とは？
2. 物理層電気特性の評価
3. コンプライアンス・テスト
4. ソリューション　　　　　　
5. 関連製品
6. 関連リンク（日本語オンラインヘルプ情報有） 2007/11/01
   　　　　　　　　　　　　　　　

Ethernet の歴史は 1972年Xerox社のパロアルト研究所での実験にまで遡る事ができます。当初Xerox 社のAltoパーソナルワークステーションの相互接続のための実験システムでした。
EthernetはAltoやサーバ、レーザプリンタの相互接続を目的として開発されました。最初のシステムの伝送レートは2.94Mbps で、これはAltoのシステムクロックに由来します。

Alto Aloha Network と最初に命名されたシステムは1973年"Ethernet"と改名されます。"ether(エーテル）"とは電気・磁気・光などを伝える媒質と考えられた仮想的な物質で、この名称がAlto以外の接続も考慮するシステムに相応しいと考えられたからです。
1989年 IEEEの標準として策定され、今日 10Gbps を超える伝送システムとして広く、生活の隅々にまで浸透しています。今日まで３０を越えるワーキンググループが形成されましたが、もっとも世に広まった規格が RJ-45のツイストペアケーブル（UTP)を使用した規格(10BASE-T,100BASE-TX,1000BASE-T)です。(図1)

図1：Robert Metcalf’s Idea 

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ますます速度を増すEthernet。信頼性の安定とともに、広く基幹システムとして採用され始めています。安定した運用を確保する上で、物理層電気特性試験の重要性は増しています。また、物理層試験を評価する上で、その構造の理解は重要です。

1．UTPカテゴリ5ケーブルで1Gb/sを実現するケーブル

図3：100BASE-TXと1000BASE-Tのトポロジーの違い

10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-Tはすべて RJ-45 のツイストペアケーブル(UTP)を使用します。使用できる周波数などによりカテゴリが決められています。UTPケーブルの構造は 4ペアの差動ツイストペアケーブルから構成されています。10BASE-T/100BASE-TX ではUTPケーブルの４ペアの内の2ペアのみを使用し、しかも各ペアは片方向のみの通信でした。

1000BASE-Tでは、100MHz対応のカテゴリ5 UTPケーブルで1Gb/sを実現するために、

1. ４ペアすべてを使用し、１ペアあたり250Mb/s の双方向の通信システムの採用

2. ケーブルのペア間のクロストークの性能向上

3. レシーバ回路内でのDSP処理の採用

などの工夫がされています。
　

2．GbE NIC

以下の図はNational Semiconductor社の評価ボードの例です。

図4：GbEのNIC例

100m のケーブルに印加されるノイズから絶縁・保護するためのパルストランスが使用されています。（図5） 他の高速デジタル規格と異なる点は、RJ45のUTPケーブルが最長100m 敷設することを前提に規格化されたため、パルストランスが使用されます。パルストランスは外部ケーブルと内部電気回路との間でインピーダンスの整合を図りながら、絶縁デバイスであると同時にバリアとして機能します。パルストランスは矩形パルスの信号品質を変化させます。オーバシュート、リンギング、Droopなどの変化を引き起こします。
	−パルストランスへの入力信号 −パルストランスからの出力信号 図5：パルストランスの波形への影響

3．10BASE-T の通信方式 10BASE-Tでは 10Mbps のマンチェスタコーディングを使用したシステムです。マンチェスタコーディングのメリットはDCバランスが保たれており、各サイクルに遷移があるため、クロックリカバリが容易な点です。10BASE-Tではフレーム間のアイドルにはLink Test Pulse が定期的に発信されています。（図6）

- 10Mbps - マンチェスター符号 - フレーム間のIdleにはLink Test Pulseを発生 図6：10BASE-Tの伝送方式

4．100BASE-TX の通信方式 100BASE-TX では、4B5Bコーディングが使用されています。このため、100Mbps のデータ伝送には125Mbpsでの信号伝送が必要になります。ただし、100MHz のカテゴリ5のケーブルでの使用を考え、周波数帯域を４分の１に押さえられるMLT-3 コーディングが採用されました。 （図7） - NRZI - Multilevel Threshold-3(MLT-3) - 125MHz 図7：100BASE-TXの伝送方式

5．1000BASE-Tの通信方式 1000BASE-Tでは多値化技術がさらに進行し、4D-PAM5が採用されました。これは5レベルの信号を４ペアのツイストペアで伝送することで625のシンボルを伝送できる技術です。また、エコーやクロストークの影響を容易に除去できるようにマスタ／スレーブ　タイミング方式が採用されています。（図8）

図8：1000BASE-T の信号

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6．10/100/1000 BASE を切り替えるAutoNegotiation機能

10BASE-T ではアイドル信号としてLink Test Pulse 使用されていました。(図9)

100BASE-TX の登場により、100BASE-TX と10BASE-T の両方の技術を持つデバイスが通信パートナーによりスピードを自由に切り替えることができるようにAutoNegotiation 機能が追加されました。この技術を導入するために、Fast Link Pulse が導入されました。Fast Link Pulse はLink Test Pulse と同じ間隔で出力されますが、クロック信号の間にデータ信号が出力される手法を取ります。（図10、11）

この技術はNational Semiconductor社の技術に基づいて開発されました。

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