PCI Express Gen5自動(dòng)化多通道測(cè)試方案

簡(jiǎn)介

對(duì)高速鏈路（如PCI Express）的全面表征需要對(duì)被測(cè)鏈路的發(fā)送端（Tx）和接收端（Rx）進(jìn)行多差分通道的測(cè)量。由于需要在不同通道之間進(jìn)行同軸連接的物理切換，這對(duì)于完全自動(dòng)化的測(cè)試環(huán)境來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。引入RF開關(guān)矩陣允許多通道測(cè)試中的物理連接切換，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化軟件測(cè)試。本文介紹了如何使用來自Mini-Circuits的RF開關(guān)擴(kuò)展測(cè)試環(huán)境，以進(jìn)行自動(dòng)化的多通道測(cè)試，同時(shí)可以擴(kuò)展到其他RF開關(guān)模塊和技術(shù)。

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

圖1：ZTM2-8SP6T-40模塊化開關(guān)矩陣，帶有8個(gè)40GHz終端SP6T機(jī)械開關(guān)

本文檔將重點(diǎn)介紹用于x16測(cè)試的RF開關(guān)配置，但如有需要，可以從您的本地技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)推薦價(jià)格較低的型號(hào)。這些開關(guān)型號(hào)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(guān)組件之間建立固定連接，這些電纜可根據(jù)請(qǐng)求從Mini-Circuits獲得。最初將展示CEM測(cè)試的示意圖，但這些技術(shù)同樣適用于BASE測(cè)試，相關(guān)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(guān)矩陣，該矩陣包含8個(gè)40GHz終端的SP6T機(jī)械開關(guān)。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(jìn)行固定連接。當(dāng)繼電器未切換為直通連接時(shí)，將存在50歐姆的終端。

圖2中展示了ZT-8SP6T-40 4U/5U開關(guān)矩陣，包含8個(gè)40GHz終端的SP6T機(jī)械開關(guān)。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(guān)之間的連接。這種矩陣中的開關(guān)組件布局保持了所有輸入和輸出之間相似的電氣路徑長(zhǎng)度，這對(duì)多通道Rx測(cè)試尤為有利，可以減少校準(zhǔn)與測(cè)試之間的路徑差異。當(dāng)繼電器未切換為直通連接時(shí)，將存在50歐姆的終端。

圖2：ZT-8SP6T-40 4U/5U開關(guān)矩陣，帶有8個(gè)40GHz終端SP6T機(jī)械開關(guān)

RF開關(guān)矩陣 – Gen5 Tx測(cè)試

PCIe Gen5設(shè)備（系統(tǒng)主機(jī)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(shí)別硅片性能問題、過度近端或遠(yuǎn)端串?dāng)_或布局缺陷，驗(yàn)證所有通道是常見的。在測(cè)試設(shè)置中使用RF開關(guān)（見圖3）可以實(shí)現(xiàn)多通道Tx驗(yàn)證，而無需工程師或技術(shù)人員不斷更換連接。32GT/s基礎(chǔ)Tx測(cè)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(jī)配置需要將符合性負(fù)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(guān)。插件卡配置類似，但DUT插入符合性基板（CBB）。單對(duì)電纜將終端開關(guān)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(dòng)化100MHz突發(fā)信號(hào)的生成，以在不同的發(fā)射器測(cè)量中使DUT切換到各種數(shù)據(jù)速率和模式。

每一個(gè)在開關(guān)設(shè)置中的連接都非常重要。在進(jìn)行32 GT/s Tx測(cè)試時(shí)，不建議串聯(lián)超過兩個(gè)繼電器，因?yàn)檫@會(huì)引入插入損耗。建議在DUT和RF開關(guān)之間使用1米長(zhǎng)的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關(guān)與示波器輸入之間使用較短的0.5米長(zhǎng)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?hào)，通過TekExpress軟件自動(dòng)執(zhí)行通道間的延時(shí)校正（deskew）。

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

所有通道中的電纜、繼電器和PCB應(yīng)在正負(fù)信號(hào)路徑之間保持±1ps的匹配。

在RF開關(guān)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(nèi)的反射，但會(huì)引入一些插入損耗。32 GT/s信號(hào)質(zhì)量測(cè)試不需要物理的可變ISI板（Gen4測(cè)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(yīng)對(duì)包括RF開關(guān)在內(nèi)的測(cè)試夾具進(jìn)行表征（如在5.0 PHY測(cè)試規(guī)范的附錄B中所述）?；旧希瑢⑦x擇一個(gè)較低損耗的濾波文件，以實(shí)現(xiàn)最壞情況下的插件卡損耗（在測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)時(shí)）或最壞情況下的系統(tǒng)損耗（在測(cè)試插件卡時(shí)）?？梢允褂肨ektronix的SignalCorrect解決方案來驗(yàn)證包括RF開關(guān)矩陣在內(nèi)的通道損耗，而無需使用昂貴的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）。

（請(qǐng)參閱SignalCorrect軟件選項(xiàng)SC數(shù)據(jù)表。）

RF開關(guān)矩陣 – Gen5 Rx測(cè)試

PCIe Gen5設(shè)備（系統(tǒng)或插件卡）的接收端通過一個(gè)精細(xì)校準(zhǔn)的應(yīng)力眼圖信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。這種“最壞情況”信號(hào)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(zhǔn)建立的。本節(jié)將討論如何在該信號(hào)的Rx測(cè)試校準(zhǔn)中加入終端RF開關(guān)，并對(duì)DUT進(jìn)行多通道鏈路測(cè)試。

圖4：32GT/s CEM Rx測(cè)試點(diǎn)

校準(zhǔn)振幅、發(fā)送端均衡、隨機(jī)抖動(dòng)和正弦抖動(dòng)在TP3測(cè)試點(diǎn)需要在Anritsu MP1900A BERT PPG與Tektronix 50 GHz示波器之間進(jìn)行直接連接。建議在此連接中使用1米長(zhǎng)的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M）。TP3校準(zhǔn)連接如圖5所示，在此步驟中不包括RF開關(guān)。由于RF開關(guān)會(huì)引入一些電氣通道長(zhǎng)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(yīng)力眼圖（基礎(chǔ)與CEM）

校準(zhǔn)在TP2P測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行，包括差分模式干擾（DMI）、共模干擾（CMI）和最終的應(yīng)力眼圖。該測(cè)試點(diǎn)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(shí)鐘恢復(fù)的影響。在TP2校準(zhǔn)中加入RF開關(guān)的示意圖如圖6所示，開關(guān)位于測(cè)試夾具（基礎(chǔ)或CEM）之后。此時(shí)，工程師需要決定是僅進(jìn)行單次TP2校準(zhǔn)（推薦用于ZT-8SP6T-40 4U/5U），還是進(jìn)行兩次或更多TP2校準(zhǔn)（建議考慮ZTM2-8SP6T-40不同電氣路徑長(zhǎng)度的影響）。不建議在32 GT/s應(yīng)力眼圖校準(zhǔn)中串聯(lián)超過兩個(gè)繼電器。

圖6：32GT/s TP2應(yīng)力眼圖

建議在BERT與RF開關(guān)之間使用1米長(zhǎng)的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關(guān)與示波器之間使用較短的0.5米長(zhǎng)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?hào)，通過TekExpress軟件自動(dòng)執(zhí)行通道間的延時(shí)校正（deskew）。

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

所有通道中的電纜、繼電器和PCB應(yīng)在正負(fù)信號(hào)路徑之間保持±1ps的匹配。

在RF開關(guān)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(nèi)的反射，但會(huì)引入一些插入損耗。32 GT/s信號(hào)質(zhì)量測(cè)試不需要物理的可變ISI板（Gen4測(cè)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(yīng)對(duì)包括RF開關(guān)在內(nèi)的測(cè)試夾具進(jìn)行表征（如在5.0 PHY測(cè)試規(guī)范的附錄B中所述）。基本上，將選擇一個(gè)較低損耗的濾波文件，以實(shí)現(xiàn)最壞情況下的插件卡損耗（在測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)時(shí)）或最壞情況下的系統(tǒng)損耗（在測(cè)試插件卡時(shí)）。可以使用Tektronix的SignalCorrect解決方案來驗(yàn)證包括RF開關(guān)矩陣在內(nèi)的通道損耗，而無需使用昂貴的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）。

（請(qǐng)參閱SignalCorrect軟件選項(xiàng)SC數(shù)據(jù)表。）

RF開關(guān)矩陣 – Gen5 Rx測(cè)試

使用經(jīng)過校準(zhǔn)的應(yīng)力眼圖信號(hào)對(duì)32 GT/s的多通道接收端進(jìn)行測(cè)試，需要使用兩個(gè)RF開關(guān)矩陣，如圖7所示。當(dāng)鏈路為x8或更低通道數(shù)時(shí)，可以考慮使用單個(gè)RF開關(guān)矩陣。來自Anritsu MP1900A PPG的信號(hào)必須分配到所有PCIe通道。設(shè)備將處于環(huán)回模式，因此數(shù)字化信號(hào)將通過Tx引腳傳輸回來，并通過開關(guān)切換回BERT的誤碼檢測(cè)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(cè)器時(shí)會(huì)表現(xiàn)出高損耗，并可能需要外部重驅(qū)動(dòng)器來均衡信號(hào)以供測(cè)試設(shè)備檢測(cè)。如果之前未需要外部重驅(qū)動(dòng)器，RF開關(guān)的引入可能會(huì)導(dǎo)致其需求。32 GT/s基礎(chǔ)Rx LEQ測(cè)試的連接方式相似（見圖13）。

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

圖7：32GT/s系統(tǒng)Rx LEQ測(cè)試（多通道）

如何與Mini-Circuits進(jìn)行通信

TekExpress TX自動(dòng)化軟件（請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表）提供了內(nèi)置的對(duì)Mini-Circuits開關(guān)矩陣在自動(dòng)化TX測(cè)試中的控制功能。本節(jié)為用戶開發(fā)自己的自動(dòng)化軟件以在TX或RX測(cè)試中控制RF開關(guān)提供指導(dǎo)。

連接方法

與Mini-Circuits開關(guān)有兩種可能的通信方式：

■1. 通過dll（動(dòng)態(tài)鏈接庫）使用USB連接。

■2. 通過以太網(wǎng)HTTP請(qǐng)求。

USB連接

■1. 用USB設(shè)備電纜將示波器連接到Mini-Circuits RF開關(guān)。

■2. 下載“mcl_ZTM2_NET45.dll”（請(qǐng)參閱“軟件”）。

■3.移動(dòng)DLL文件

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

b. 若為32位操作系統(tǒng)，將“ModularZT_NET45.dll”復(fù)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(wǎng)HTTP請(qǐng)求

以太網(wǎng)請(qǐng)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(wǎng)進(jìn)行HTTP請(qǐng)求的Python腳本示例

BASE校準(zhǔn)和測(cè)試示意圖

圖10：32GT/s基礎(chǔ)根端或非根端Tx（多通道）

圖11：32GT/s基礎(chǔ)Rx測(cè)試點(diǎn)

圖12：32GT/s TP2應(yīng)力眼圖

圖13：32GT/s系統(tǒng)Rx LEQ測(cè)試（多通道）