PCIE3.0的接收端容限測試

時間：2018-06-27 11:10:08

關鍵字： pcie3.0 接收端容限測試

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[導讀] 在PCI-E 1.0和2.0的時代，接收端測試不是必須的，通常只要保證發(fā)送端的信號質(zhì)量基本就能保證系統(tǒng)的正常工作。但是對于PCI-E 3.0來說，由于速率更高，發(fā)送端發(fā)出的信號經(jīng)過長線傳輸后信號質(zhì)量總是不會

在PCI-E 1.0和2.0的時代，接收端測試不是必須的，通常只要保證發(fā)送端的信號質(zhì)量基本就能保證系統(tǒng)的正常工作。但是對于PCI-E 3.0來說，由于速率更高，發(fā)送端發(fā)出的信號經(jīng)過長線傳輸后信號質(zhì)量總是不會太好，所以接收端使用了復雜的均衡技術來提升接收端的接收能力。由于接收端更加復雜而且其均衡的有效性會顯著影響鏈路傳輸?shù)目煽啃?，因此在PCI-E 3.0時代，接收端的測試變成了必測的項目。

Keysight的M8020A是高性能的串行誤碼儀，其單路可以產(chǎn)生16.2Gbps的高速數(shù)據(jù)流，固有抖動只有300fs（RMS）,同時其內(nèi)部集成時鐘恢復電路、預加重模塊、噪聲注入、參考時鐘倍頻、信號均衡電路等，非常適合PCIE3.0接收測試這種速率高同時對信號質(zhì)量又有很好要求的場合。除此以外，M8020A支持到16.2Gbps信號的8階的預加重，可以充分滿足未來PCIE4.0的接收測試的要求。下圖是用 M8020A進行PCI-E 3.0接收測試一個示意圖。

所謂接收端測試，就是要驗證接收端對于惡劣信號的容忍能力。這就涉及到兩個問題，一個是這個惡劣信號怎么定義，另一個是怎么判斷被測系統(tǒng)能夠容忍這樣的惡劣信號。

首先來看一下這個惡劣信號的定義，這不是一個隨便的差信號就可以，這個信號的惡劣程度有精確定義才能保證測量的重復性。這個惡劣信號通常叫做Stress Eye，即壓力眼圖，實際上是借鑒了光通信里的叫法。這個Stress Eye實際上是用高性能的誤碼儀先產(chǎn)生一個純凈的帶預加重和Preshoot的8Gbps的信號，然后在這個信號上疊加上精確控制的隨機抖動（RJ）、周期抖動（SJ）、差模和共模噪聲以及碼間干擾（ISI）。為了確定每個成分的大小都符合規(guī)范的要求，所以測試之前需要先用示波器對誤碼儀輸出的信號進行校準，確定產(chǎn)生的是規(guī)范要求的Stress Eye。其中信號的RJ、SJ、共模噪聲等都可以由誤碼儀產(chǎn)生，而ISI抖動是由PCI-E協(xié)會提供的CLB3或CBB3夾具產(chǎn)生，其夾具上會模擬典型的主板或者插卡的PCB走線對信號的影響。

為了方便接收測試，CLB3和CBB3夾具相對于前一代夾具做了一些電路的改動，主要是考慮了接收測試的情況。比如為了切換測試碼型，在PCI-E 2.0的CLB2夾具上，從主板發(fā)過來的RefClk是直接環(huán)回到主板的Lane0的接收端，不能斷開；而在PCI-E3.0的CLB3的夾具上，由于要考慮到可能還會對主板Lane0的接收端進行測試，因此這個連接是通過SMP的跳線完成的。另外在CBB3的夾具上，增加了專門的Riser板以模擬服務器等應用場合的走線對信號的影響。下圖是對PCI-E 3.0的主板進行測試前進行Stress Eye校準的一個連接圖。

要精確產(chǎn)生PCI-E3.0要求的壓力眼圖需要調(diào)整很多參數(shù)，比如需要調(diào)整輸出信號的幅度、預加重、差模噪聲、隨機抖動、周期抖動等以滿足眼高、眼寬和抖動的要求。而且各個調(diào)整參數(shù)之間也會相互制約，比如調(diào)整信號的幅度時除了會影響眼高也會影響到眼寬，因此各個參數(shù)的調(diào)整需要反復進行以得到一個最優(yōu)化的組合。校準中會調(diào)PCI-SIG的Sigtest軟件對信號進行通道模型嵌入和均衡，并計算最后的眼高和眼寬。如果沒有達到要求，會在誤碼儀中進一步調(diào)整注入的隨機抖動和差模噪聲的大小，直到眼高和眼寬達到以下參數(shù)要求。

校準時，信號的參數(shù)分析和調(diào)整需要反復進行，人工操作非常耗時耗力。為了解決這個問題，Keysight公司在業(yè)內(nèi)最早推出了N5990A的針對PCI-E3.0接收容限的自動測試軟件，這個軟件可以提供設置和連接向導、控制誤碼儀和示波器完成自動校準、發(fā)出訓練碼型把被測件設置成環(huán)回狀態(tài)并自動進行環(huán)回回來數(shù)據(jù)的誤碼率統(tǒng)計。

設置被測件進入環(huán)回模式有兩種方式，一種是借助于誤碼儀本身的Training序列，另一種是借助于芯片廠商提供的工具（比如Intel公司的ITP工具）。傳統(tǒng)的誤碼儀不具有對于PCIE協(xié)議理解的功能，只能盲發(fā)訓練序列，缺點是沒有經(jīng)過正常的預加重和均衡的協(xié)商，這就可能造成不能把被測件設置成正確的狀態(tài)。而很多新的CPU平臺要求誤碼儀和被測件進行有效的預加重和均衡的溝通，然后再進行環(huán)回，這就要求誤碼儀能夠識別對端返回的訓練序列并做相應的調(diào)整。M8020A平臺集成了Link協(xié)商的功能，能夠真正和被測件進行訓練序列的溝通，可以有效地把被測件設置成正確的環(huán)回狀態(tài)。

當被測件進入環(huán)回模式并且誤碼儀發(fā)出壓力眼圖的信號后，被測系統(tǒng)會把其從RX端收到的數(shù)據(jù)再通過TX端發(fā)送出來送回誤碼儀，誤碼儀通過比較誤碼來判斷數(shù)據(jù)是否被正確接收，測試通過的標準是要求誤碼率小于1E-12。