干貨分享|PCI?Express?Gen5：自動(dòng)多路測(cè)試白皮書

全面表征高速鏈路，如PCI Express®，要求透過(guò)被測(cè)鏈路的多條不同通路執(zhí)行發(fā)射機(jī)(Tx)和接收機(jī)(Rx)測(cè)量，這給全自動(dòng)測(cè)試環(huán)境帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因?yàn)楸仨氃趯?shí)體上改變不同通道之間的同軸電纜連接。采用RF開(kāi)關(guān)矩陣可以在改變物理連接的同時(shí)進(jìn)行多路測(cè)試，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)軟件測(cè)試。

本文描述了怎樣使用Mini-Circuits®的RF開(kāi)關(guān)擴(kuò)展自動(dòng)多路測(cè)試的測(cè)試環(huán)境，以及怎樣擴(kuò)展到其他RF開(kāi)關(guān)模塊和技術(shù)。

PCI Express端口的通路寬度一般為x1、x4、x8和x16，這給全自動(dòng)Tx或Rx測(cè)試帶來(lái)了挑戰(zhàn)。通過(guò)在測(cè)試通道中包括RF開(kāi)關(guān)，我們可以在不過(guò)度改變DUT和測(cè)試設(shè)備電纜的情況下實(shí)現(xiàn)多路測(cè)試。必須注意，應(yīng)使RF開(kāi)關(guān)的電氣影響達(dá)到最小，確保測(cè)試對(duì)規(guī)范要求或驗(yàn)證測(cè)試計(jì)劃是真實(shí)的。本文描述了使用Mini-Circuits RF開(kāi)關(guān)進(jìn)行Gen5 (32 GT/s)多路測(cè)試，并就設(shè)置、自動(dòng)測(cè)試提供了一些整體指引，并就通常遇到的挑戰(zhàn)提出了建議。

重點(diǎn)介紹

本文將重點(diǎn)介紹x16測(cè)試要求的RF開(kāi)關(guān)配置。這些開(kāi)關(guān)型號(hào)將支持最多18條通路(PCIe最高一般是x16)，也將支持較低的通路數(shù)。推薦用硬電纜在不同開(kāi)關(guān)組件之間建立固定連接，硬電纜可以向Mini-Circuits索取獲得。本文前面給出了CEM測(cè)試圖，但這些技術(shù)也適用于BASE測(cè)試，本文最后部分給出了對(duì)應(yīng)圖。

圖1.  ZTM2-8SP6T-40

圖1顯示了ZTM2-8SP6T-40模塊化開(kāi)關(guān)矩陣，擁有8個(gè)40GHz端接的SP6T機(jī)械開(kāi)關(guān)。這一配置將支持最多18條通路。推薦使用相位匹配的電纜，在相鄰的40 GHz繼電器之間建立固定連接。在沒(méi)有為直通連接打開(kāi)繼電器時(shí)，會(huì)有50Ω端接。

圖2.  ZT-8SP6T-40 4U/5U

圖2顯示了ZT-8SP6T-40 4U/5U開(kāi)關(guān)矩陣，擁有8個(gè)40GHz端接的SP6T機(jī)械開(kāi)關(guān)。這一配置將支持最多18條通路。推薦使用硬電纜(圖中有)，在相鄰的40 GHz繼電器之間建立固定連接。開(kāi)關(guān)組件在這個(gè)矩陣中的方位，在所有輸入和輸出之間保持類似的電氣路徑長(zhǎng)度。這對(duì)多路Rx測(cè)試尤其有吸引力，以使校準(zhǔn)和測(cè)試之間的路徑到路徑差異降到最小。在沒(méi)有為直通連接打開(kāi)繼電器時(shí)，會(huì)有50Ω端接。

RF開(kāi)關(guān)矩陣 – Gen5 Tx測(cè)試

PCIe Gen5器件(A System或Add-in card)將在多路端口中表現(xiàn)出不同的發(fā)射機(jī)性能。通常要驗(yàn)證所有通路，以便全面表征鏈路，識(shí)別硅性能、近端或遠(yuǎn)端串?dāng)_過(guò)高、布線缺陷等問(wèn)題。在測(cè)試設(shè)置中采用RF開(kāi)關(guān)(圖3)可以實(shí)現(xiàn)多路Tx驗(yàn)證，而且不用工程師或技術(shù)人員不斷改變連接。

圖3. 32 GT/s CEM系統(tǒng)發(fā)射機(jī)(多路)

A System配置要求把一塊一致性測(cè)試負(fù)載電路板(CLB)插入DUT的CEM連接器中，要求使用電纜從每條通路連接RF開(kāi)關(guān)。Add-in card配置與此類似，但DUT插入一致性測(cè)試基本電路板(CBB)中。一對(duì)電纜把端接的開(kāi)關(guān)矩陣向回連接到50 GHz示波器。任意波形發(fā)生器(AFG)之類的儀器可以自動(dòng)生成要求的100MHz突發(fā)信號(hào)，令DUT循環(huán)通過(guò)不同發(fā)射機(jī)測(cè)量使用的各種數(shù)據(jù)速率和碼型。

開(kāi)關(guān)設(shè)置中進(jìn)行的每個(gè)連接都非常重要。由于有插損，所以不建議串聯(lián)兩個(gè)以上的繼電器進(jìn)行32 GT/s Tx測(cè)試。建議在DUT和RF開(kāi)關(guān)之間使用1米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號(hào)：PMCABLE1M)，在RF開(kāi)關(guān)和示波器輸入之間使用0.5米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號(hào)：174-6663-01)?？梢允褂檬静ㄆ鞑罘挚焖龠呇兀浜蟃ekExpress軟件執(zhí)行自動(dòng)通道到通道時(shí)延校正。

(參見(jiàn)DPO-MSO70000選項(xiàng)PCE3、PCE4和PCE5產(chǎn)品技術(shù)資料。)

通道中所有電纜、繼電器和PCB匹配范圍都應(yīng)落在正負(fù)信號(hào)路徑 /- 1ps范圍內(nèi)。

保持RF開(kāi)關(guān)的50Ω(100Ω差分)連接輸入/輸出將使通道內(nèi)部的反射達(dá)到最小，但會(huì)引入部分插損。32 GT/s信號(hào)質(zhì)量測(cè)試不要求實(shí)體可變ISI電路板(Gen4測(cè)試則要求)，因此要求在示波器上嵌入額外的通道和封裝損耗。應(yīng)執(zhí)行測(cè)試夾具表征(5.0 PHY測(cè)試規(guī)范附錄B中描述)，包括RF開(kāi)關(guān)?；旧蠒?huì)選擇一個(gè)損耗較低的濾波器文件，實(shí)現(xiàn)最壞情況Add-in card損耗(在測(cè)試A System時(shí))或最壞情況系統(tǒng)損耗(在測(cè)試Add-in card時(shí))?？梢允褂锰┛薙ignalCorrect解決方案檢驗(yàn)通道損耗，包括RF開(kāi)關(guān)矩陣，而不是使用昂貴的VNA。

(參見(jiàn)選項(xiàng)SC SignalCorrect®軟件產(chǎn)品技術(shù)資料。)

可以使用基于散射參數(shù)(S參數(shù))的反嵌技術(shù)，去掉RF開(kāi)關(guān)插損的影響。反嵌導(dǎo)致復(fù)雜性提高，但改善了準(zhǔn)確度，另外還必須考慮噪聲放大的影響。如果在繼電器到繼電器連接之間使用相位匹配的電纜，那么通道到通道間只存在小的電氣差異。如果覺(jué)得這些差異會(huì)影響測(cè)量，那么可以考慮自定義通道S參數(shù)文件?？梢允褂肧ignalCorrect或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)捕獲S參數(shù)文件，另外也可以由泰克現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目組提供標(biāo)稱S參數(shù)文件。

RF開(kāi)關(guān)矩陣 – Gen5 Rx測(cè)試

PCIe Gen5器件(A System或Add-in card)接收機(jī)使用精細(xì)校準(zhǔn)的壓力眼圖信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)“最壞情況”信號(hào)是通過(guò)多個(gè)校準(zhǔn)步驟在參考平面(沒(méi)有通道)建立的，且使用的“最壞情況”通道必須在34 dB ~37 dB @ 16 GHz。本節(jié)將討論怎樣在Rx測(cè)試時(shí)在這個(gè)信號(hào)校準(zhǔn)中采用端接的RF開(kāi)關(guān)，然后通過(guò)多路鏈路測(cè)試DUT。

圖4. 32 GT/s CEM Rx測(cè)試點(diǎn)

在TP3測(cè)試點(diǎn)校準(zhǔn)幅度、Tx均衡、隨機(jī)抖動(dòng)和正弦曲線抖動(dòng)要求直接連接Anritsu MP1900A BERT PPG和泰克50 GHz示波器。建議使用1米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號(hào)：PMCABLE1M)完成這一連接。圖5顯示了TP3校準(zhǔn)連接，這一步中沒(méi)有包括RF開(kāi)關(guān)。由于RF開(kāi)關(guān)引入了部分電通道差異，因此建議在TP3參考平面前不要包括這一影響。

圖5. 32 GT/s TP3壓力眼圖(基本和CEM)

在TP2P使用差模干擾(DMI)、共模干擾(CMI)和最后的壓力眼圖校準(zhǔn)串?dāng)_項(xiàng)。這個(gè)測(cè)試點(diǎn)來(lái)自TP2之后(BERT和示波器之間的物理通道)，但TP2P包括封裝嵌入及Rx均衡和時(shí)鐘恢復(fù)的影響。圖6在TP2校準(zhǔn)中增加了RF開(kāi)關(guān)，其中開(kāi)關(guān)是在測(cè)試夾具(基本或CEM)后面引入的。在這個(gè)點(diǎn)上，工程師必須確定是需要單次TP2校準(zhǔn)(建議用于ZT-8SP6T-40 4U/5U)，還是需要兩次以上的TP2校準(zhǔn)(最好考慮ZTM2-8SP6T-40不同的電氣路徑長(zhǎng)度)。不建議級(jí)聯(lián)兩個(gè)以上的繼電器進(jìn)行32 GT/s壓力眼圖校準(zhǔn)。

圖6. 32 GT/s TP2壓力眼圖

建議在BERT和RF開(kāi)關(guān)之間使用1米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號(hào)：PMCABLE1M)，在RF開(kāi)關(guān)和示波器之間使用短一點(diǎn)的0.5米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號(hào)：174-6663-01)?？梢允褂檬静ㄆ鞑罘挚焖龠呇?，配合TekExpress軟件執(zhí)行自動(dòng)通道到通道時(shí)延校正。

圖7. 32 GT/s系統(tǒng)Rx LEQ測(cè)試(多路)

在多條通路中使用校準(zhǔn)后的32 GT/s壓力眼圖信號(hào)進(jìn)行接收機(jī)測(cè)試要求兩個(gè)RF開(kāi)關(guān)矩陣，如圖7所示。在鏈路是x8或更低的路數(shù)時(shí)，可以考慮單個(gè)RF開(kāi)關(guān)矩陣。來(lái)自Anritsu MP1900A PPG的信號(hào)必須分發(fā)到所有PCIe通路中。器件將處于環(huán)回模式，因此數(shù)字化信號(hào)將通過(guò)Tx引腳傳回，開(kāi)關(guān)回至BERT誤碼檢測(cè)器的單個(gè)輸入。許多支持32 GT/s的系統(tǒng)會(huì)展現(xiàn)一條到誤碼檢測(cè)器的高損耗返回通道，要求外部再驅(qū)動(dòng)器均衡信號(hào)，以便被測(cè)試設(shè)備檢測(cè)到。如果還沒(méi)要求，引入RF開(kāi)關(guān)可能需要外置再驅(qū)動(dòng)器。

建議在BERT和RF開(kāi)關(guān)之間使用1米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號(hào)：PMCABLE1M)，在RF開(kāi)關(guān)和示波器之間使用短一點(diǎn)的0.5米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號(hào)：174-6663-01)。應(yīng)在DUT Tx和誤碼檢測(cè)器之間考慮使用最短的2.92mm電纜。

怎樣與Mini-Circuits建立通信

TekExpress TX自動(dòng)化軟件(參見(jiàn)這里的產(chǎn)品技術(shù)資料)提供了內(nèi)置控制功能，在自動(dòng)TX測(cè)試過(guò)程中控制Mini-Circuits開(kāi)關(guān)矩陣。本節(jié)旨在引導(dǎo)用戶開(kāi)發(fā)自己的自動(dòng)化軟件，在TX或RX測(cè)試過(guò)程中控制RF開(kāi)關(guān)。

怎樣連接：可以通過(guò)兩種方式與Mini-Circuits開(kāi)關(guān)通信：

1. USB使用dll (動(dòng)態(tài)鏈接程序庫(kù))；

2. 以太網(wǎng)HTTP請(qǐng)求。

限于本文篇幅，連接指令等細(xì)節(jié)操作介紹及文中提及的技術(shù)資料請(qǐng)大家掃碼下載完整版白皮書學(xué)習(xí)！

近期更多干貨技術(shù)內(nèi)容推薦：

1. 干貨分享|用混合信號(hào)示波器探索總線的秘密

2. 測(cè)量電源紋波的坑，你掉進(jìn)去過(guò)嗎？