PCIE3.0的發(fā)送端信號質(zhì)量測試

發(fā)送端信號質(zhì)量測試的目的是驗證被測件發(fā)送出的信號是否滿足規(guī)范要求。這個測試主要是用寬帶示波器捕獲其發(fā)出的信號并驗證其信號質(zhì)量滿足規(guī)范要求。按照目前目前規(guī)范中的要求，PCI-E 3.0的一致性測試需要至少13GHz帶寬的示波器，并配合上相應的測試夾具和測試軟件。之所以PCI-E 3.0測試需要的示波器帶寬相對于PCI-E 2.0來說變化不大，是因為信號的上升時間基本沒變，不過如果是出于調(diào)試的目的，一般建議最好使用16GHz或以上帶寬的示波器進行測試。

由于PCI-E 3代的信號經(jīng)過傳輸以后信號幅度都已經(jīng)衰減得很小（典型值是100mV左右），為了保證足夠的測量精度，除了示波器的帶寬要足夠以外，還需要示波器有很低的底噪聲才能保證測量的準確性和測量重復性。比如Keysight公司的高端的V或者Z系列示波器都可以用于PCI-E 3.0這樣的高速信號的測試中。以V系列示波器來說，其帶寬選擇可從8GHz~33GHz，最高采樣率80G/s，具有業(yè)內(nèi)最低的底噪聲和本底抖動。同時V系列示波器還可以選配高達20G/s的數(shù)字通道用于DDR3/4等總線的調(diào)試，或者選配高達160bit長度、12.5Gbps數(shù)據(jù)速率的硬件串行觸發(fā)及誤碼檢測功能，這是市面上唯一能對PCIE3.0 的128b/130b編碼數(shù)據(jù)進行硬件觸發(fā)和調(diào)試的示波器。

在PCIE3.0的測試中，首先使用PCI-E協(xié)會提供的PCI-E 3代的夾具把被測信號引出（PCI-E 3代的夾具和PCI-E 2代一樣分為CBB板和CLB板，CBB板用于插卡的測試，CLB板用于主板的測試），然后通過測試夾具上的切換開關控制DUT輸出PCI-E 3代的一致性測試碼型。在切換板上的按鍵開關時，正常的PCI-E 3代的被測件依次會輸出2.5Gbps、5Gbps -3dB、5Gbps -6dB、8Gbps P0、8Gbps P1、8Gbps P2、8Gbps P3、8Gbps P4、8Gbps P5、8Gbps P6、8Gbps P7、8Gbps P8、8Gbps P9、8Gbps P10的碼型。需要注意的一點是由于PCI-E 3代信號如前所述共有11種Preset值，測試過程中應明確當前測試的是哪一種Preset值，做信號質(zhì)量測試常用的有Preset7、Preset8、Preset1、Preset0等。下圖是PCI-E 3代的CBB板及一致性測試碼型。

另外，由于PCI-E 3代的標準里在接收芯片側使用了信號均衡技術，而且均衡器對于最終信號質(zhì)量的改善影響很大。為了把傳輸通道對信號的惡化以及均衡器對信號的改善效果都考慮進去，PCI-E 3代的測試里很重要的一點是其發(fā)送端眼圖、抖動等測試的參考點是在接收端。也就是說，即使我們是在發(fā)送端進行測試，在進行眼圖、抖動等測試時也不是直接測試發(fā)送端的波形，而是需要把傳輸通道對信號的惡化的影響以及均衡器對信號的改善影響都考慮進去。

為了模擬出傳輸通道和芯片封裝對信號的影響，測試中需要做傳輸通道參數(shù)的嵌入操作，即Embed。這個傳輸通道的模型是PCI-E協(xié)會以S參數(shù)文件的形式提供的，測試過程中需要示波器能把這個S參數(shù)文件的影響加到被測波形上。同時，測試過程中示波器是用兩個通道分別連接信號的正負端，要得到最后的差分波形需要示波器對兩個通道的波形做相減運算。如果波形相減和S參數(shù)嵌入的工作都由示波器軟件計算，會大大影響測試速度，因此有些公司的高端示波器內(nèi)部會有硬件的通道相減及S參數(shù)運算功能，可以大大提高測試的速度和效率。

對測試數(shù)據(jù)做分析的方法有2種：一種是使用PCI-SIG提供的Sigtest軟件做手動分析，一種是使用示波器廠商提供的自動測試軟件。

Sigtest軟件是的算法由PCI-SIG免費提供，可以進行信號的眼圖、模板、抖動的測試，但是需要用戶手動捕獲數(shù)據(jù)進行后分析，對于不熟練的測試人員容易可能由于設置不對造成測試結果的不一致，而且其測試項目有限，沒有覆蓋全部的信號要求。所以針對PCI-E 3.0的測試有些示波器廠商還提供了相應的自動化測試軟件，比如Keysight公司的N5393D自動化測試軟件。這個軟件以圖形化的界面指導用戶完成設置、 連接和測試過程，除了可以自動進行示波器測量參數(shù)設置以及自動生成報告外，還提供了Swing、Preset、Common Mode等更多測試項目以，提高了測試的效率和可重復性。除此以外，這個軟件在測試過程中還會對被測件發(fā)出的碼型和速率進行檢查，以確認測試使用的是規(guī)范要求的正確碼型。另外，很重要的一點是，在N5393D軟件里，使用的是和SigTest軟件完全一樣的分析算法，從而可以保證分析結果和SigTest軟件的一致性。下圖是N5393D軟件的設置界面。

因此，簡單來說，對于以前從事PCI-E 2.0的測試人員來說，進行PCI-E 3.0的測試除了需要重新購置PCI-E3.0的測試夾具CLB3和CBB3以外（其實原有的CLB2和CBB2等針對PCI-E2.0測試的夾具勉強也仍然可以用于PCI-E3.0的發(fā)送信號測試中），PCI-E 3.0的信號測試相對于PCI-E 2.0來說硬件設備的變化不大，基本使用13GHz或16GHz帶寬的示波器就可以，但是測試軟件對于測試數(shù)據(jù)的處理變得更加復雜了。數(shù)據(jù)分析時除了要嵌入傳輸通道和芯片封裝的線路模型以外，還要把均衡器對信號的改善也考慮進去，好在無論是PCI-E協(xié)會提供的免費的Sigtest軟件還是Keysight公司的N5393D自動測試軟件都可以為PCI-E3.0的測試提供很好的幫助。

此外，由于PCI-E總線上要測試的數(shù)據(jù)Lane的數(shù)量很多，雖然測試項目可以由軟件自動完成，但是連接還是需要人工進行，因此每測試完一對差分線就需要測試人員來更改一下連接，非常麻煩。為了提高測試效率，可以把示波器配合相應的微波開關矩陣使用，微波開關矩陣可以在自動測試軟件的控制下根據(jù)需要進行信號的切換。這樣測試人員只需要一次把所有的被測信號都連接到開關矩陣上，然后運行測試軟件就可以了。下圖是在PCI-E的測試中配合開關矩陣使用的情況。