PCIE3.0的接收端容限測試

Keysight的M8020A是高性能的串行誤碼儀，其單路可以產(chǎn)生16.2Gbps的高速數據流，固有抖動(dòng)只有300fs（RMS）,同時(shí)其內部集成時(shí)鐘恢復電路、預加重模塊、噪聲注入、參考時(shí)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(shí)對信號質(zhì)量又有很好要求的場(chǎng)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(mǎn)足未來(lái)PCIE4.0的接收測試的要求。下圖是用 M8020A進(jìn)行PCI-E 3.0接收測試一個(gè)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(gè)問(wèn)題，一個(gè)是這個(gè)惡劣信號怎么定義，另一個(gè)是怎么判斷被測系統能夠容忍這樣的惡劣信號。

首先來(lái)看一下這個(gè)惡劣信號的定義，這不是一個(gè)隨便的差信號就可以，這個(gè)信號的惡劣程度有精確定義才能保證測量的重復性。這個(gè)惡劣信號通常叫做Stress Eye，即壓力眼圖，實(shí)際上是借鑒了光通信里的叫法。這個(gè)Stress Eye實(shí)際上是用高性能的誤碼儀先產(chǎn)生一個(gè)純凈的帶預加重和Preshoot的8Gbps的信號，然后在這個(gè)信號上疊加上精確控制的隨機抖動(dòng)（RJ）、周期抖動(dòng)（SJ）、差模和共模噪聲以及碼間干擾（ISI）。為了確定每個(gè)成分的大小都符合規范的要求，所以測試之前需要先用示波器對誤碼儀輸出的信號進(jìn)行校準，確定產(chǎn)生的是規范要求的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(dòng)是由PCI-E協(xié)會(huì )提供的CLB3或CBB3夾具產(chǎn)生，其夾具上會(huì )模擬典型的主板或者插卡的PCB走線(xiàn)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(dòng)，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(guò)來(lái)的RefClk是直接環(huán)回到主板的Lane0的接收端，不能斷開(kāi)；而在PCI-E3.0的CLB3的夾具上，由于要考慮到可能還會(huì )對主板Lane0的接收端進(jìn)行測試，因此這個(gè)連接是通過(guò)SMP的跳線(xiàn)完成的。另外在CBB3的夾具上，增加了專(zhuān)門(mén)的Riser板以模擬服務(wù)器等應用場(chǎng)合的走線(xiàn)對信號的影響。下圖是對PCI-E 3.0的主板進(jìn)行測試前進(jìn)行Stress Eye校準的一個(gè)連接圖。

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

校準時(shí)，信號的參數分析和調整需要反復進(jìn)行，人工操作非常耗時(shí)耗力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Keysight公司在業(yè)內最早推出了N5990A的針對PCI-E3.0接收容限的自動(dòng)測試軟件，這個(gè)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(dòng)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(dòng)進(jìn)行環(huán)回回來(lái)數據的誤碼率統計。

設置被測件進(jìn)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(chǎng)商提供的工具（比如Intel公司的ITP工具）。傳統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(diǎn)是沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(jìn)行有效的預加重和均衡的溝通，然后再進(jìn)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整。M8020A平臺集成了Link協(xié)商的功能，能夠真正和被測件進(jìn)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(jìn)入環(huán)回模式并且誤碼儀發(fā)出壓力眼圖的信號后，被測系統會(huì )把其從RX端收到的數據再通過(guò)TX端發(fā)送出來(lái)送回誤碼儀，誤碼儀通過(guò)比較誤碼來(lái)判斷數據是否被正確接收，測試通過(guò)的標準是要求誤碼率小于1E-12。