PCI Express Gen5自動化多通道測試方案

簡介

對高速鏈路（如PCI Express）的全面表征需要對被測鏈路的發(fā)送端（Tx）和接收端（Rx）進行多差分通道的測量。由于需要在不同通道之間進行同軸連接的物理切換，這對于完全自動化的測試環(huán)境來說是一個挑戰(zhàn)。引入RF開關矩陣允許多通道測試中的物理連接切換，并實現(xiàn)自動化軟件測試。本文介紹了如何使用來自Mini-Circuits的RF開關擴展測試環(huán)境，以進行自動化的多通道測試，同時可以擴展到其他RF開關模塊和技術。

PCI Express端口通常具有x1、x4、x8和x16的通道寬度，這給完全自動化的Tx或Rx測試帶來了挑戰(zhàn)。將RF開關包括在測試通道中，可以在無需頻繁更換DUT和測試設備電纜的情況下進行多通道測試。需要特別注意的是，必須盡量減少RF開關的電氣影響，確保測試符合規(guī)范要求或驗證測試計劃。本文介紹了如何使用Mini-Circuits RF開關進行Gen5（32 GT/s）多通道測試，并提供一些通用的設置、自動化測試指導及對常見挑戰(zhàn)的建議。

圖1：ZTM2-8SP6T-40模塊化開關矩陣，帶有8個40GHz終端SP6T機械開關

本文檔將重點介紹用于x16測試的RF開關配置，但如有需要，可以從您的本地技術支持團隊推薦價格較低的型號。這些開關型號最多支持18條通道（PCIe最大通常為x16），也可支持更低的通道數(shù)。建議使用剛性電纜在不同開關組件之間建立固定連接，這些電纜可根據(jù)請求從Mini-Circuits獲得。最初將展示CEM測試的示意圖，但這些技術同樣適用于BASE測試，相關的示意圖將在白皮書的最后部分展示。

圖1中展示了ZTM2-8SP6T-40模塊化開關矩陣，該矩陣包含8個40GHz終端的SP6T機械開關。這種配置最多支持18條通道。建議在相鄰的40GHz繼電器之間使用相位匹配的電纜進行固定連接。當繼電器未切換為直通連接時，將存在50歐姆的終端。

圖2中展示了ZT-8SP6T-40 4U/5U開關矩陣，包含8個40GHz終端的SP6T機械開關。這種配置最多支持18條通道。建議使用剛性電纜（圖中包含）來固定相鄰40GHz開關之間的連接。這種矩陣中的開關組件布局保持了所有輸入和輸出之間相似的電氣路徑長度，這對多通道Rx測試尤為有利，可以減少校準與測試之間的路徑差異。當繼電器未切換為直通連接時，將存在50歐姆的終端。

圖2：ZT-8SP6T-40 4U/5U開關矩陣，帶有8個40GHz終端SP6T機械開關

RF開關矩陣 – Gen5 Tx測試

PCIe Gen5設備（系統(tǒng)主機或插件卡）在多通道端口上將表現(xiàn)出不同的發(fā)射器性能。為了全面表征鏈路并識別硅片性能問題、過度近端或遠端串擾或布局缺陷，驗證所有通道是常見的。在測試設置中使用RF開關（見圖3）可以實現(xiàn)多通道Tx驗證，而無需工程師或技術人員不斷更換連接。32GT/s基礎Tx測試的連接方式相似（見圖10）。

圖3：32GT/s CEM系統(tǒng)Tx（多通道）

系統(tǒng)主機配置需要將符合性負載板（CLB）插入DUT的CEM連接器，并通過電纜將每條通道連接到RF開關。插件卡配置類似，但DUT插入符合性基板（CBB）。單對電纜將終端開關矩陣連接回50 GHz示波器。像任意波形發(fā)生器（AFG）這樣的儀器允許自動化100MHz突發(fā)信號的生成，以在不同的發(fā)射器測量中使DUT切換到各種數(shù)據(jù)速率和模式。

每一個在開關設置中的連接都非常重要。在進行32 GT/s Tx測試時，不建議串聯(lián)超過兩個繼電器，因為這會引入插入損耗。建議在DUT和RF開關之間使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關與示波器輸入之間使用較短的0.5米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: 174-6663-01）。可以使用示波器的差分快速邊沿信號，通過TekExpress軟件自動執(zhí)行通道間的延時校正（deskew）。

（請參閱DPO-MSO70000選項PCE3、PCE4和PCE5數(shù)據(jù)表。）

所有通道中的電纜、繼電器和PCB應在正負信號路徑之間保持±1ps的匹配。

在RF開關的輸入和輸出保持50歐姆（100歐姆差分）連接可以最小化通道內的反射，但會引入一些插入損耗。32 GT/s信號質量測試不需要物理的可變ISI板（Gen4測試所需），因此需要在示波器上嵌入附加的通道和封裝損耗。應對包括RF開關在內的測試夾具進行表征（如在5.0 PHY測試規(guī)范的附錄B中所述）?；旧?，將選擇一個較低損耗的濾波文件，以實現(xiàn)最壞情況下的插件卡損耗（在測試系統(tǒng)主機時）或最壞情況下的系統(tǒng)損耗（在測試插件卡時）。可以使用Tektronix的SignalCorrect解決方案來驗證包括RF開關矩陣在內的通道損耗，而無需使用昂貴的矢量網絡分析儀（VNA）。

（請參閱SignalCorrect軟件選項SC數(shù)據(jù)表。）

RF開關矩陣 – Gen5 Rx測試

PCIe Gen5設備（系統(tǒng)或插件卡）的接收端通過一個精細校準的應力眼圖信號進行測試。這種“最壞情況”信號是在參考平面（無通道）以及所需的“最壞情況”通道（34 dB至37 dB @ 16 GHz之間）下，通過多步校準建立的。本節(jié)將討論如何在該信號的Rx測試校準中加入終端RF開關，并對DUT進行多通道鏈路測試。

圖4：32GT/s CEM Rx測試點

校準振幅、發(fā)送端均衡、隨機抖動和正弦抖動在TP3測試點需要在Anritsu MP1900A BERT PPG與Tektronix 50 GHz示波器之間進行直接連接。建議在此連接中使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M）。TP3校準連接如圖5所示，在此步驟中不包括RF開關。由于RF開關會引入一些電氣通道長度差異，建議不要在TP3參考平面前引入這種影響。

圖5：32GT/s TP3應力眼圖（基礎與CEM）

校準在TP2P測試點進行，包括差分模式干擾（DMI）、共模干擾（CMI）和最終的應力眼圖。該測試點位于TP2之后（BERT與示波器之間的物理通道），但TP2P包括封裝嵌入和Rx均衡及時鐘恢復的影響。在TP2校準中加入RF開關的示意圖如圖6所示，開關位于測試夾具（基礎或CEM）之后。此時，工程師需要決定是僅進行單次TP2校準（推薦用于ZT-8SP6T-40 4U/5U），還是進行兩次或更多TP2校準（建議考慮ZTM2-8SP6T-40不同電氣路徑長度的影響）。不建議在32 GT/s應力眼圖校準中串聯(lián)超過兩個繼電器。

圖6：32GT/s TP2應力眼圖

建議在BERT與RF開關之間使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關與示波器之間使用較短的0.5米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: 174-6663-01）?？梢允褂檬静ㄆ鞯牟罘挚焖龠呇匦盘?，通過TekExpress軟件自動執(zhí)行通道間的延時校正（deskew）。

（請參閱DPO-MSO70000選項PCE3、PCE4和PCE5數(shù)據(jù)表。）

所有通道中的電纜、繼電器和PCB應在正負信號路徑之間保持±1ps的匹配。

在RF開關的輸入和輸出保持50歐姆（100歐姆差分）連接可以最小化通道內的反射，但會引入一些插入損耗。32 GT/s信號質量測試不需要物理的可變ISI板（Gen4測試所需），因此需要在示波器上嵌入附加的通道和封裝損耗。應對包括RF開關在內的測試夾具進行表征（如在5.0 PHY測試規(guī)范的附錄B中所述）。基本上，將選擇一個較低損耗的濾波文件，以實現(xiàn)最壞情況下的插件卡損耗（在測試系統(tǒng)主機時）或最壞情況下的系統(tǒng)損耗（在測試插件卡時）?？梢允褂肨ektronix的SignalCorrect解決方案來驗證包括RF開關矩陣在內的通道損耗，而無需使用昂貴的矢量網絡分析儀（VNA）。

（請參閱SignalCorrect軟件選項SC數(shù)據(jù)表。）

RF開關矩陣 – Gen5 Rx測試

使用經過校準的應力眼圖信號對32 GT/s的多通道接收端進行測試，需要使用兩個RF開關矩陣，如圖7所示。當鏈路為x8或更低通道數(shù)時，可以考慮使用單個RF開關矩陣。來自Anritsu MP1900A PPG的信號必須分配到所有PCIe通道。設備將處于環(huán)回模式，因此數(shù)字化信號將通過Tx引腳傳輸回來，并通過開關切換回BERT的誤碼檢測器的單一輸入。許多支持32 GT/s的系統(tǒng)在返回通道到誤碼檢測器時會表現(xiàn)出高損耗，并可能需要外部重驅動器來均衡信號以供測試設備檢測。如果之前未需要外部重驅動器，RF開關的引入可能會導致其需求。32 GT/s基礎Rx LEQ測試的連接方式相似（見圖13）。

建議在BERT與RF開關之間使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關與示波器之間使用較短的0.5米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: 174-6663-01）。應盡量使用最短的2.92mm電纜連接DUT的Tx和誤碼檢測器。

圖7：32GT/s系統(tǒng)Rx LEQ測試（多通道）

如何與Mini-Circuits進行通信

TekExpress TX自動化軟件（請參閱數(shù)據(jù)表）提供了內置的對Mini-Circuits開關矩陣在自動化TX測試中的控制功能。本節(jié)為用戶開發(fā)自己的自動化軟件以在TX或RX測試中控制RF開關提供指導。

連接方法

與Mini-Circuits開關有兩種可能的通信方式：

■1. 通過dll（動態(tài)鏈接庫）使用USB連接。

■2. 通過以太網HTTP請求。

USB連接

■1. 用USB設備電纜將示波器連接到Mini-Circuits RF開關。

■2. 下載“mcl_ZTM2_NET45.dll”（請參閱“軟件”）。

■3.移動DLL文件

a. 若為64位操作系統(tǒng)，將“ModularZT_NET45.dll”復制到“C:WindowsSysWOW64”。

b. 若為32位操作系統(tǒng)，將“ModularZT_NET45.dll”復制到“C:WindowsSystem32”。

■4. 使用IronPython發(fā)送以下命令：

圖8：USB連接的Python腳本示例

以太網HTTP請求

以太網請求使用URllib2 Python模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

1.使用所需Mini-Circuits模塊的IP地址更新以下示例（例如：http://192.168.3.56/: + “SN?”）。

圖9：通過以太網進行HTTP請求的Python腳本示例

BASE校準和測試示意圖

圖10：32GT/s基礎根端或非根端Tx（多通道）

圖11：32GT/s基礎Rx測試點

圖12：32GT/s TP2應力眼圖

圖13：32GT/s系統(tǒng)Rx LEQ測試（多通道）