泰克PCIe Gen 5 Tx一致性測試解決方案

由于5G和IoT互聯(lián)設備及相關高帶寬要求預計將大幅度攀升，所以數(shù)據中心運營商需要遷移到帶寬更高的網絡，其中的帶寬要超過當前通常使用的100GB以太網(100GE)。遷移到下一代400GE網絡要求更快速的內存和更高速的串行總線通信。除了把以太網接口升級到400GE，服務器還需要采用速度更高的串行擴展總線接口和內存。

PCIe(PCI Express)擴展總線現(xiàn)在正遷移到最新標準化的PCIe5.0，也稱為PCIeGen5。與此同時，DDR(雙倍數(shù)據速率)內存也正從DDR4.0遷移到DDR≈5.0。PCIeGen5規(guī)范是PCI-SIG開發(fā)的PCIe4.0標準的快速晉升增強版本。PCI-SIG是一家標準機構，規(guī)定了所有PCIe規(guī)范。隨著PCIe5.0插件機電(CEM)規(guī)范的最終確定，PCIe5.0標準最近完成并于2021年6月發(fā)布，這是2019年發(fā)布的現(xiàn)有PCIe5.0基本(硅)規(guī)范的姊妹篇。

PCIe標準演進，傳輸速度翻番

最初的并行PCI總線于1992年問世，旨在擴展個人電腦的功能，允許添加顯卡和網卡及許多其他外設。PCIe是一種高速串行總線，旨在代替PCI及其他現(xiàn)有的傳統(tǒng)接口，如PCI-X(PCIeXtended)和AGP(加速圖形端口)。PCIe不僅吞吐量高，而且體積小，鏈路寬度可以在×1路、×2路、×4路、×8路、×16路間擴充。PCIe基于根復數(shù)(系統(tǒng)/主機)與端點(插件)之間的點到點總線拓撲，支持基于包的全雙工通信。

PCIe雙工鏈路通信

PCIe1.0標準在2003年問世，提供了2.5G傳送/秒(2.5GT/s)的速率。PCIe目前提供2.5GT/s~32GT/s的速率。PCIe5.0把PCIe4.0傳送速率翻了一番，從16GT/s提高到32GT/s，但沒有提供任何新增功能，因為當時的目標是在最短的時間內提供額外的速度。

目前發(fā)布的所有PCIe標準都采用非歸零(NRZ)信令。但是，PCI-SIG目前正在開發(fā)PCIeGen6規(guī)范，將再次把傳送速率翻一番，達到64GT/s，將從NRZ信令遷移出去。而Gen6第六代規(guī)范將采用PAM-4信令，以及低時延FEC(前向糾錯)技術來改善數(shù)據完整性。

所有PCIe標準都必須向下兼容，也就是說，PCIe5.0(32GT/s最大數(shù)據速率)還必須支持2.5GT/s、5GT/s、8GT/s、16GT/s及32GT/s。

PCIe規(guī)范時間線

PCIe通路和鏈路速度

PCIe一致性測試，面臨特定挑戰(zhàn)

PCI-SIG是非專有PCI技術標準和相關規(guī)范的開發(fā)者，PCIe現(xiàn)在已經成為服務器事實上的標準。PCI-SIG規(guī)定了PCI規(guī)范，以支持要求的I/O功能，同時向下兼容以前的規(guī)范。為了能夠在整個行業(yè)內采用PCI技術，PCI-SIG同時支持互操作能力和一致性測試，包括實現(xiàn)一致性必須執(zhí)行及通過的測試。

PCI-SIG允許會員針對其他會員產品和測試套件進行互操作能力測試，參加測試的產品要么通過測試，要么未通過測試。為了通過正式的一致性測試，產品必須通過至少80%的互操作能力測試，并通過所有標準性的一致性測試。

PCIe5.0面臨特定的挑戰(zhàn)。PCIe4.0的最大數(shù)據速率是16GT/s，是PCIe上一代的速度加強規(guī)范，經驗證實現(xiàn)起來要比以前的標準更難。在PCIe5.0中，計算機PCIe通道和主板都面臨著明顯的挑戰(zhàn)，因為要處理32GT/s數(shù)據速率。除了在較低數(shù)據速率遇到的挑戰(zhàn)外，PCIe5.0設備預計還會遇到明顯的信號完整性挑戰(zhàn)。泰克擁有針對所有數(shù)據速率(Tx、Rx和PLL帶寬)的PCI-SIG批準的測試套件。

泰克PCIeGen5Tx一致性測試解決方案

泰克是PCI-SIG的主要貢獻者，為PCIe4.0和5.0物理層測試規(guī)范做出了重大貢獻，為確定PCIe6.0Tx/Rx測量方法做了大量探尋道路式的試驗。泰克還在PCIe標準開發(fā)和實現(xiàn)過程中在一致性和互操作能力測試方面發(fā)揮了關鍵作用。

PCIe5.0發(fā)射機測試，適當?shù)臏y試設備和自動化軟件至關重要

在開發(fā)PCIeGen5發(fā)射機器件時，不管是在基本(芯片)級還是在CEM(系統(tǒng)和插件)級，都將要求芯片級驗證(通常由PHYIP公司執(zhí)行)和預一致性測試，然后才能把器件提交給PCI-SIG進行正式的一致性測試。因此，獲得適當?shù)臏y試設備及相關自動化軟件至關重要。

PCIe一致性測試包括：

電氣測試-評估平臺、插件發(fā)射機(Tx)和接收機(Rx)特點

配置測試-評估PCIe器件中的配置空間

鏈路協(xié)議測試-評估器件的鏈路級協(xié)議特點

交易協(xié)議測試-評估器件的交易級協(xié)議特點

平臺BIOS測試-評估BIOS識別和配置PCIe器件的能力

在電氣測試方面，它分成兩套測量，一套是基本級，一套是CEM級。這些測試又分為標準性測試和參考性測試：

PCIe基本和CEM一致性測量

眼圖

這兩類測量都要求高帶寬實時示波器，要能夠捕獲數(shù)據波形。然后采用后處理技術，進行基本規(guī)范和CEM規(guī)范中要求的相應的電壓和定時測量。不相關抖動考查在去除包和通道碼間干擾(ISI)后系統(tǒng)固有的抖動。除了抖動外，示波器還要進行眼高和眼寬測量?；疽?guī)范中規(guī)定了大量的“一致性測試碼型”。推薦使用包含多次發(fā)生的整個一致性測試碼型的波形記錄，來構建代表性眼圖。

在器件的基本Tx測試中，規(guī)范規(guī)定直接在發(fā)射機的引腳上進行測量。如果不能直接接入，那么測試點應盡可能靠近器件引腳。如果用戶很好地了解S參數(shù)，那么通過物理復現(xiàn)通道或仿真，可以反嵌任何接續(xù)通道損耗。從4.0規(guī)范開始，描述了另一種反嵌技術，在波形后處理過程中，對不相關抖動測量應用CTLE(連續(xù)時間線性均衡)，可以有效消除直到引腳的ISI。

Tx均衡器預置

提交PCI-SIG認證的任何PCIe5.0產品，都必須使用規(guī)定的Tx均衡器設置預置成功地通過一致性測試，支持速度從2.5GT/s直到32GT/s。這些預置用來均衡碼流內部的頻率相關衰減差引起的碼間干擾，改善了信號完整性。每個預置都是下沖(光標前)和去加重(光標后)的特定組合。

目前有各種特定實現(xiàn)方案，讓DUT發(fā)射機掃描通過各種數(shù)據速率和TxEQ預置。但是，基本規(guī)范規(guī)定了一種常用的方法，其中向接收機的通路0傳送一個100MHz時鐘突發(fā)。這可以采用任意函數(shù)發(fā)生器(AFG)自動實現(xiàn)。

對最大速率為32GT/s的PCIe鏈路，基本時鐘(Refclks)存在著新的驗證挑戰(zhàn)?；疽?guī)范已經與數(shù)據速率成比例擴大抖動極限，但Gen5不成比例地把極限下降到150fs。這種高頻抖動測量要求正確應用公共時鐘傳送功能，并考慮最壞情況傳送延遲。這一最新版規(guī)范還把測量從基本級規(guī)范(芯片級)推高到是CEM規(guī)范要求(外表級)，必需滿足一致性測試。

CEM插件PCIe5.0一致性測試及自動預置切換

泰克PCIe解決方案，讓一致性測試更有信心

示波器帶寬和采樣率要求。對基本Tx測試，每條PCIe5.0通路以16GHz速率運行(因為兩個比特可以在一個周期中發(fā)送)，三階諧波達到48GHz。由于在三階諧波以上沒有太有效的信號信息，所以PCIe5.0基本Tx測試只需50GHz帶寬的實時示波器。對CEMTx測試，要在最壞情況通道的末端附近進行測量，減少了高頻內容，要求33GHz的帶寬。為確保充足的波形后處理(SigTest)，要求每個單位間隔最少4個點，CEM允許最多2xsinx/x插補，所以最低采樣率要達到128GS/s。

自動一致性測試。在一致性測試中，手動執(zhí)行分析既耗時又容易出錯。為節(jié)省時間，最好使用自動化軟件，其不僅可以減少工作量，還可以加快一致性測試速度。對電氣驗證，PCI-SIG提供了SigTest離線分析軟件，使用示波器采集的數(shù)據執(zhí)行分析。自動化軟件還控制被測器件(DUT)，使用任意函數(shù)發(fā)生器作為碼型源，讓DUT自動通過一致性測試所需的各種速度、去加重和預置。

一輪完整的一致性測試要求在不同的DUT設置下每條通路采集多個波形。這個波形集合將按需要分析的通路數(shù)(最多16條)提高。軟件要能夠管理和存儲分析及未來參考要求的數(shù)據，這對任何一致性測試解決方案來說都是一個重要指標。自動化軟件還可以調節(jié)示波器水平和垂直設置及采集度。除了配置和分析外，還可以使用自動化軟件管理采集的多個波形。

自動化軟件可以選擇數(shù)據速率、電壓擺幅、預置和要執(zhí)行的測試。它還可以提供選項，嵌入包參數(shù)模型，反嵌電纜、測試夾具或到達規(guī)范規(guī)定的目標測試點所需的其他元素。來自軟件的分析結果通?？梢?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/3195/" target="_blank">匯編成PDF或HTML格式的報告，可以包括通過/未通過測試摘要、眼圖、設置配置和用戶備注。

通過使用泰克DPO70000SX系列示波器和AFG31252任意函數(shù)發(fā)生器，PCIExpressGen1/2/3/4/5解決方案可以在基本級(芯片)和CEM級(系統(tǒng)和插件)自動進行發(fā)射機驗證和一致性測試。

TekExpressPCIe5.0Tx自動軟件功能：

使DUT自主步進通過不同的速度、碼型和TxEQ預置

在進行測量前，在發(fā)射機上檢驗信號是否正確

執(zhí)行通道和包嵌入和反嵌

支持SigTest和SigTestPhoenix各版軟件和模板文件

使用SiliconLabs.“PCIe時鐘抖動工具”和泰克DPOJET軟件進行100MHz參考時鐘抖動和信號完整性測量

在歷史上，當新一代PCIe器件進入一致性測試時，很大一部分器件在進行PHY和鏈路訓練一致性測試時，會在第一次互操作能力講習會中通不過測試。在PCI-SIG講習會前，確保完善的示波器、AFG、BERT(用于Rx測試)和自動化軟件解決方案到位至關重要。泰克PCIe測試和調試Tx、Refclk和Rx解決方案可以在互操作能力測試前引導您完成一致性測試和調試，確保您的設計滿懷信心地滿足PCI-SIGPCIe標準要求。

審核編輯：湯梓紅