オートネゴシエーション: 2.5G/5G/10G の速度自動切り替え

MultiGBASE-T1（IEEE 802.3ch）におけるオートネゴシエーション（Auto-Negotiation）は、接続された2つのPHYチップ（例：Marvell製とMotorComm製）が、互いの能力を伝え合い、最適な通信速度（2.5G / 5G / 10Gbps）を自動的に決定する重要なプロセスです。

従来のイーサネット（BASE-T）とは異なり、車載シングルペア・イーサネット特有の制御が行われます。

1. オートネゴシエーションの仕組み

IEEE 802.3ch では、CL98（Clause 98） で規定された方式が採用されています。

• 低速モード（Low Speed Mode）: 交渉自体は非常に低いボーレート（約 16.67 MHz）で、頑健なディファレンシャル信号を用いて行われます。これにより、ケーブル品質が悪い状態でも確実に「握手」が可能です。

• ハイスピード・オートネゴ（HS-AN）: 802.3chでは、より迅速にリンクアップさせるために高速化されたオートネゴシエーションもサポートされています。

• 情報の交換: 互いに「自分は10Gまで対応している」「自分は2.5Gまでだ」という情報を、Link Protocol Data Unit (LPDU) を通じてやり取りします。

2. 速度決定の優先順位（HCD: Highest Common Denominator）

両者がサポートしている速度の中で、最も高いものが選択されます。

1. 10GBASE-T1 (最優先)

2. 5GBASE-T1

3. 2.5GBASE-T1

もし一方が 10G 対応で、もう一方が 5G までの場合、自動的に 5GBASE-T1 でリンクが確立されます。

3. チップ間（Marvell ↔ MotorComm等）の互換性評価における課題

異なるメーカーのチップを接続する場合、オートネゴシエーションで以下のようなトラブルが発生しやすいため、厳密な検証が必要です。

• リンクアップ・タイムのバラツキ: 規格ではミリ秒単位のタイマーが規定されていますが、実装の違いにより「一発でリンクしない」「数秒かかる」といった事象が起きることがあります。

• ハーフ・デュプレックス誤認: 本来 Full-Duplex のみですが、交渉の失敗によりリンクが不安定になるケース。

• マスタ・スレーブ設定の競合: MultiGBASE-T1 では、どちらのチップがクロックを供給するか（MASTER / SLAVE）を決定する必要があります。通常はオートネゴで決まりますが、手動（Force）設定とオート設定が混在するとリンクしません。

4. 測定・デバッグ手法

オートネゴシエーションが正しく動かない場合、以下の方法で解析します。

A. プロトコル・アナライザによるパケット解析

• PHYチップのレジスタ（MDIO/MDC経由）を読み出し、オートネゴシエーションのステータスビットを確認します。

• Auto-Negotiation Complete ビットが立っているか、Link Partner Ability が正しく認識されているかをチェックします。

B. オシロスコープによる物理波形観測

• オートネゴシエーション中の信号（Differential Manchester Encoding: DME）を観測し、信号の振幅やタイミングが IEEE 802.3ch のテンプレート内に収まっているかを確認します。

• HFM - 2.92mm 変換アダプタ を使用して、差動プローブで信号をキャプチャし、ジッタやリンギングが交渉を妨げていないかを検証します。

C. VNAによる伝送路評価

• オートネゴは通るが、その後の高速通信（10G）でリンクが切れる場合、SDD21（挿入損失） や SCD21（モード変換） が 5GHz 以上の帯域で急激に悪化していないかを確認します。

5. まとめ

MotorCommなどの新しいチップメーカーを採用する際は、「異なる環境（温度、ケーブル長、異ベンダー間）」でのオートネゴシエーションの堅牢性が評価の肝となります。

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