PCIE 3.0的發(fā)射機物理層測試
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PCIE 3.0相對于它的前一代PCIE 2.0的最主要的一個(gè)區別是速率由5GT/s提升到了8GT/s。為了保證數據傳輸密度和直流平衡以及時(shí)鐘恢復，PCIE 2.0中使用了8B/10B編碼，即將每8位有效數據編碼為10位數據進(jìn)行傳輸，這樣鏈路中將會(huì )有20%信息量是無(wú)效的，即使得鏈路的最大傳輸容量打了20%的折扣。而速率提升的目的是為了更快的傳輸數據，編碼方式也不可或缺，因此在PCIE 3.0中還通過(guò)使用128B/130B的編碼方式(無(wú)效信息量減低為1.5625%)，同時(shí)使用加擾的方式(即數據流先和一個(gè)多項式異或得到一個(gè)更加隨機性的數據，到接收端使用同樣的多項式將其恢復出來(lái))來(lái)實(shí)現數據傳輸密度和直流平衡以及時(shí)鐘恢復的實(shí)現。另外一個(gè)區別是，PCIE 3.0規范已經(jīng)要求接收機測試為必測項目，而PCIE 2.0是選測項目。下表所示為PCI Express 2.0與PCI Express 3.0的主要不同點(diǎn)的對比。
PCIE 3.0發(fā)射機測試項目，如下圖(力科的一致性測試軟件中包含的測試項目)所示為PCIE 3.0的CEM規范(Ver0.3)以及PCIE 3.0的基本規范(Rev3.0，Ver0.9)中規定的發(fā)射機測試項目。
1.TxEQ Preset測試(Test 1.1)
由于PCIE 3.0的速率已經(jīng)達到8Gb/s，而且傳輸的通道往往需要經(jīng)歷主板至板卡，整個(gè)鏈路會(huì )比較長(cháng)，這樣就會(huì )導致高速信號比較大的損耗。為了補償通道的損耗，確保接收端信號眼圖能夠張開(kāi)，通過(guò)使用相應的加重(去加重或者預加重)及均衡技術(shù)是非常有必要的。因此PCIE 3.0在發(fā)送端使用了施加去加重(de-emphasis)和前沖(preshoot)功能。
由于不同的設計或者不同的產(chǎn)品中PCIE 3.0信號傳輸通道的長(cháng)度是不等的，為了應對更多復雜的情況，PCIE 3.0規范中規定了發(fā)送端可實(shí)現11種等級的去加重(de-emphasis)和前沖(preshoot)功能。
PCIE 3.0規范中對這11種等級的去加重(de-emphasis)和前沖(preshoot)功能做了規定，因此PCIE 3.0發(fā)射機測試中需要對這11種預加重和均衡進(jìn)行測試，即驗證發(fā)送端芯片的de-emphasis及preshoot的能力，以確保其能夠滿(mǎn)足規范的要求。如下圖所示為De-emphasis Preshoot以及Boost的定義和計算方法。
下表4-16所示為摘自PCIE 3.0規范的Preset 0到Preset 10的系數及去加重和前沖等級。
實(shí)際上，PCIE 3.0的去加重(de-emphasis)和前沖(preshoot)功能是通過(guò)一個(gè)三階FIR濾波器實(shí)現的。
由于C-1和C+1均是小于0的，也就意味著(zhù)de-emphasis和preshoot分別是作用于切換位的：及de-emphasis只有在信號的碼型的當前位與前一位相比發(fā)生0電平到1電平或者1電平到0電平切換時(shí)起作用;preshoot只有在信號的碼型的當前位與后一位相比發(fā)生0電平到1電平或者1電平到0電平切換時(shí)起作用;比如說(shuō)，如果C-1為零，那么應該只有De-emphasis起作用;如果C+1為零，那么應該只有Preshoot起作用;如果兩者同時(shí)起作用，那么將產(chǎn)生Boost，也即產(chǎn)生0電平、1電平、0電平的同時(shí)切換。
下圖所示為基于力科(LeCroy)示波器及其QPHY-PCIE 3.0自動(dòng)化測試軟件完成的PCIE3.0的TxEQ的Preset測試結果：圖中各列清晰的標出了是否通過(guò)，測試項目，當前測量值，以及規范要求值。
PCIE 3.0 的TxEQ的Preset測試的測試點(diǎn)選擇在TP1，即Breakout Channel之后的轉接頭上，夾具上有一個(gè)按鈕可用于切換Preset0-Preset10，測試時(shí)根據Qualify自動(dòng)化軟件的提示切換夾具上的按鈕使其輸出示波器測試所需要的對應信號碼型，如下圖所示：
PCIE 3.0的TxEQ的Preset測試的測試碼型選擇PCIE 3.0一致性測試碼型中的第一個(gè)模塊的碼型，即64個(gè)連續1電平和64個(gè)連續0電平碼型，并選擇1電平的57-62UI區間等效1電平以及0電平的57-62UI區間等效0電平。
2、沒(méi)有均衡時(shí)的發(fā)送端電壓擺幅(Vtx-fs-no-eq，Test 1.2)
使用Preset4(de-emphasis=0，preshoot=0)時(shí)的波形進(jìn)行測試，測試連接圖、測試點(diǎn)、測試碼型選擇同TxEQ的Preset測試。下圖為力科(LeCroy)及自動(dòng)化測試軟件QPHY-PCIE3.0的Vtx-fs-no-eq測試結果：
3、EIEOS序列碼型的全電壓擺幅和減小的電壓擺幅(Vtx-eieos-rs/fs limits，Test 1.3)
EIEOS(Electrical Idle Exit Ordered Set)是用于指明電氣空閑的退出(Electrical Idle Exit)，具體的碼型為K28.5碼，為8個(gè)連1電平和8個(gè)連0電平交替重復，碼型總長(cháng)度為128位。
EIEOS序列的全幅電壓測試(Vtx-eieos-fs)需要將Preset設為10，即最強的均衡增強(boost)情形，測試電壓的擺幅。
EIEOS序列的減小的電壓擺幅測試(Vtx-eieos-rs)需要將Preset設為1，即較弱的均衡設置，以驗證幅度較小的EIEOS碼型也同樣能夠被識別到。
EIEOS的測試是在Tx的管腳處測量的，因此需要考慮Breakout通道帶來(lái)的衰減，即要通過(guò)去嵌的方法將Breakout通道的影響消除掉，需要事先提供Breakout的S參數。下圖為力科(LeCroy)及自動(dòng)化測試軟件QPHY-PCIE3.0的Vtx-eieos-rs/fs limits的測試結果：
4、8GT/s一致性眼圖測試(Compliance Eye 8GT/s，Test 1.4)
該項測試的目的是驗證被測系統的信號眼圖的眼高和眼寬等是否滿(mǎn)足CEM規范的要求。使用的碼型為128B/130B編碼格式的一致性測試碼型(compliance pattern)。由于Tx發(fā)送端波形有11種preset，CEM規范要求只要有一種preset碼型(可選擇一種最好的碼型)通過(guò)即可，可以任意選擇preset等于1或者7或者8的碼型進(jìn)行測試，如果三種preset所對應的碼型都不能夠通過(guò)，那么則需要繼續測量余下的其它preset對應的碼型，直到有通過(guò)為止，否則需要將所有的preset對應的碼型都測完以確定眼圖測試是否通過(guò)。規范要求示波器一次至少采集約1.5M個(gè)UIs(比特位)進(jìn)行測試，如果示波器采樣率設置為40GS/s，則需要采集約8M個(gè)數據點(diǎn)進(jìn)行測試。
測試點(diǎn)選擇在TP1，測試要求使用接收端的均衡設置，即需要打開(kāi)CTLE和DFE，在力科示波器中可使用眼圖醫生EyedoctorII來(lái)實(shí)現CTLE和DFE均衡以及串行數據分析軟件SDAIII來(lái)做眼圖測試。
由于規范也建議使用Intel的Sigtest軟件來(lái)實(shí)現CTLE、DFE以及眼圖測試功能，在力科示波器已經(jīng)集成了Intel的Sigtest軟件，可和力科的Qualify軟件一起實(shí)現所有項目的自動(dòng)化測試并自動(dòng)出多種格式的報告。
5、8GT/s抖動(dòng)參數測試(8GT/s Tx Jitter Parameters，Test 1.5)
抖動(dòng)測試是高速串行信號的必測項目。該項測試就是測量PCIE GEN3在8Gb/s時(shí)的抖動(dòng)。測試碼型選擇最優(yōu)化后的128B/130B編碼格式的一致性測試碼型(compliance pattern)。測試點(diǎn)選擇在TP1，Breakout通道的影響需要消除掉(De-embedding);測試時(shí)需要所有通道都有輸出;對Breakout通道進(jìn)行去嵌時(shí)，需要設置截止帶寬在8GHz-12GHz范圍內(或者限制最大的boost值)，因為去嵌可能會(huì )放大噪聲。
PCIE GEN3需要測試抖動(dòng)參數有：
Ttx-ddj：最大數據相關(guān)性抖動(dòng)減去最小數據相關(guān)性抖動(dòng)的絕對值，DDJ(max)-DDJ(min);Ttx-utj：數據不相關(guān)的總體抖動(dòng)，基于Q-Scale曲線(xiàn)定義得到。
Ttx-udjdd：數據不相關(guān)的固有抖動(dòng)，基于Q-Scale曲線(xiàn)定義得到。
Ttx-upw-tj：數據不相關(guān)的總體脈沖寬度抖動(dòng)。
Ttx-upw-djdd：數據不相關(guān)的固有脈沖寬度抖動(dòng)。
上述抖動(dòng)參數的詳細定義可參考：PCI_Express_Base_r3.0的4.3.3.10.5-4.3.3.10.7.如下圖為力科示波器測得結果：
6、8GT/s發(fā)送端信號通用參數測試(UI，Vtx-cm-ac-pp，Vtx-dc-cm，Ltx-Skew,Test 1.7)
該項目測試為發(fā)送端信號的通用參數測試，一個(gè)是UI即位率測試，該項測試需要將SSC關(guān)閉;另外兩個(gè)分別是Vtx-cm-ac-pp，即兩個(gè)差分信號之和的一半的峰峰值， Vtx-dc-cm，即直流共模電壓，這兩個(gè)參數需要測試數據量至少1M個(gè)UI，測試位置選擇在Tx端芯片管腳上，可通過(guò)在TP1位置測試，對Breakout通道進(jìn)行去嵌達到;Ltx-Skew為一個(gè)link中的兩個(gè)鏈路之間的時(shí)間偏移。如下圖為力科示波器測試結果。
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