干貨分享|PCI?Express?Gen5：自動多路測試白皮書

全面表征高速鏈路，如PCI Express®，要求透過被測鏈路的多條不同通路執(zhí)行發(fā)射機(Tx)和接收機(Rx)測量，這給全自動測試環(huán)境帶來了挑戰(zhàn)，因為必須在實體上改變不同通道之間的同軸電纜連接。采用RF開關(guān)矩陣可以在改變物理連接的同時進行多路測試，并實現(xiàn)自動軟件測試。

本文描述了怎樣使用Mini-Circuits®的RF開關(guān)擴展自動多路測試的測試環(huán)境，以及怎樣擴展到其他RF開關(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Tx或Rx測試帶來了挑戰(zhàn)。通過在測試通道中包括RF開關(guān)，我們可以在不過度改變DUT和測試設備電纜的情況下實現(xiàn)多路測試。必須注意，應使RF開關(guān)的電氣影響達到最小，確保測試對規(guī)范要求或驗證測試計劃是真實的。本文描述了使用Mini-Circuits RF開關(guān)進行Gen5 (32 GT/s)多路測試，并就設置、自動測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。

重點介紹

本文將重點介紹x16測試要求的RF開關(guān)配置。這些開關(guān)型號將支持最多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測試圖，但這些技術(shù)也適用于BASE測試，本文最后部分給出了對應圖。

圖1.  ZTM2-8SP6T-40

圖1顯示了ZTM2-8SP6T-40模塊化開關(guān)矩陣，擁有8個40GHz端接的SP6T機械開關(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。在沒有為直通連接打開繼電器時，會有50Ω端接。

圖2.  ZT-8SP6T-40 4U/5U

圖2顯示了ZT-8SP6T-40 4U/5U開關(guān)矩陣，擁有8個40GHz端接的SP6T機械開關(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。開關(guān)組件在這個矩陣中的方位，在所有輸入和輸出之間保持類似的電氣路徑長度。這對多路Rx測試尤其有吸引力，以使校準和測試之間的路徑到路徑差異降到最小。在沒有為直通連接打開繼電器時，會有50Ω端接。

RF開關(guān)矩陣 – Gen5 Tx測試

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)射機性能。通常要驗證所有通路，以便全面表征鏈路，識別硅性能、近端或遠端串擾過高、布線缺陷等問題。在測試設置中采用RF開關(guān)(圖3)可以實現(xiàn)多路Tx驗證，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(多路)

A System配置要求把一塊一致性測試負載電路板(CLB)插入DUT的CEM連接器中，要求使用電纜從每條通路連接RF開關(guān)。Add-in card配置與此類似，但DUT插入一致性測試基本電路板(CBB)中。一對電纜把端接的開關(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生成要求的100MHz突發(fā)信號，令DUT循環(huán)通過不同發(fā)射機測量使用的各種數(shù)據(jù)速率和碼型。

開關(guān)設置中進行的每個連接都非常重要。由于有插損，所以不建議串聯(lián)兩個以上的繼電器進行32 GT/s Tx測試。建議在DUT和RF開關(guān)之間使用1米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號：PMCABLE1M)，在RF開關(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：174-6663-01)。可以使用示波器差分快速邊沿，配合TekExpress軟件執(zhí)行自動通道到通道時延校正。

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

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

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

(參見選項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開關(guān)插損的影響。反嵌導致復雜性提高，但改善了準確度，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。如果覺得這些差異會影響測量，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)絡分析儀(VNA)捕獲S參數(shù)文件，另外也可以由泰克現(xiàn)場項目組提供標稱S參數(shù)文件。

RF開關(guān)矩陣 – Gen5 Rx測試

PCIe Gen5器件(A System或Add-in card)接收機使用精細校準的壓力眼圖信號進行測試。這個“最壞情況”信號是通過多個校準步驟在參考平面(沒有通道)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測試時在這個信號校準中采用端接的RF開關(guān)，然后通過多路鏈路測試DUT。

圖4. 32 GT/s CEM Rx測試點

在TP3測試點校準幅度、Tx均衡、隨機抖動和正弦曲線抖動要求直接連接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：PMCABLE1M)完成這一連接。圖5顯示了TP3校準連接，這一步中沒有包括RF開關(guān)。由于RF開關(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串擾項。這個測試點來自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均衡和時鐘恢復的影響。圖6在TP2校準中增加了RF開關(guān)，其中開關(guān)是在測試夾具(基本或CEM)后面引入的。在這個點上，工程師必須確定是需要單次TP2校準(建議用于ZT-8SP6T-40 4U/5U)，還是需要兩次以上的TP2校準(最好考慮ZTM2-8SP6T-40不同的電氣路徑長度)。不建議級聯(lián)兩個以上的繼電器進行32 GT/s壓力眼圖校準。

圖6. 32 GT/s TP2壓力眼圖

建議在BERT和RF開關(guān)之間使用1米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號：PMCABLE1M)，在RF開關(guān)和示波器之間使用短一點的0.5米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號：174-6663-01)。可以使用示波器差分快速邊沿，配合TekExpress軟件執(zhí)行自動通道到通道時延校正。

圖7. 32 GT/s系統(tǒng)Rx LEQ測試(多路)

在多條通路中使用校準后的32 GT/s壓力眼圖信號進行接收機測試要求兩個RF開關(guān)矩陣，如圖7所示。在鏈路是x8或更低的路數(shù)時，可以考慮單個RF開關(guān)矩陣。來自Anritsu MP1900A PPG的信號必須分發(fā)到所有PCIe通路中。器件將處于環(huán)回模式，因此數(shù)字化信號將通過Tx引腳傳回，開關(guān)回至BERT誤碼檢測器的單個輸入。許多支持32 GT/s的系統(tǒng)會展現(xiàn)一條到誤碼檢測器的高損耗返回通道，要求外部再驅(qū)動器均衡信號，以便被測試設備檢測到。如果還沒要求，引入RF開關(guān)可能需要外置再驅(qū)動器。

建議在BERT和RF開關(guān)之間使用1米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號：PMCABLE1M)，在RF開關(guān)和示波器之間使用短一點的0.5米2.92mm電纜(如泰克產(chǎn)品號：174-6663-01)。應在DUT Tx和誤碼檢測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自動化軟件(參見這里的產(chǎn)品技術(shù)資料)提供了內(nèi)置控制功能，在自動TX測試過程中控制Mini-Circuits開關(guān)矩陣。本節(jié)旨在引導用戶開發(fā)自己的自動化軟件，在TX或RX測試過程中控制RF開關(guān)。

怎樣連接：可以通過兩種方式與Mini-Circuits開關(guān)通信：

1. USB使用dll (動態(tài)鏈接程序庫)；

2. 以太網(wǎng)HTTP請求。

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

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