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PCIE4.0物理层测试解读之发送端测试-2020时间

发表日期:2020/09/02 浏览次数:

背景介绍

背景介绍

,2017年10月,PCIE4.0Base Spec Rev1.0已经正式发布,在PCI-SIG组织的Workshop上已经进行了两次PCIE4.0 Preliminary Workshop,接下来在2018年4月27日举行的PCI-SIGWorkshop#105会进行首次PCIE4.0FYI Workshop,这标志这PCIE4.0的CEM规范和测试规范将很快确定下来,预定2018年年底,测试规范和测试方法就会完全确定,

在继续向下之前,有必要澄清一下PCIE规范和PCIE Workshop的一些术语。

每一代的PCIE规范都包括以下三种:

·       Base规范,定义芯片级的PCIE投注的行为特征

·       CEM规范,定义板卡级的PCIE投注的行为特征

·       Test 规范, 定义依据CEM规范的PCIE投注的具体测试方法

PCIE Workshop上进行的电气测试,一般分为三种,

·       Preliminary workshop,测试投注厂商会根据内部测试流程,测试一些厂商的产品,测试结果不会给厂商,主要目的是测试规范的开发

·       FYI Workshop,在FYI workshop上,厂商可以拿到测试结果,但是这个结果还不能作为最终的一致性测试的结果

·       Compliance Workshop,这是正式的PCIE一致性测试,如果通过测试,产品就可以加入到PCI-SIG的Integratorlist,是符合PCIE会操作性测试的产品

目前PCIE4.0的CEM规范和测试规范还在制定当中,现在一些业内领先的厂商,都已经在开发相应的PCIE4.0的产品,欧洲杯也推出了自己的PCIE4.0测试方案,来协助客户产品的研发。本篇2020,我们就来解读一下PCIE4.0测试的新的要求和新的方法。

PCIE4.0新的测试要求

   根据目前的测试规范, PCIE4.0物理层测试主要分为4个部分

1.     Transmitter test

2.     Transmitter Link Equalization test

3.     Receiver Link Equalization test

4.     PLL test

  PCIE4.0物理层测试首要投注是高带宽实时2020,具体的带宽要求是CEM规范规定的,PCIE3.0要求的最低带宽是:13GHz,对于PCIE4.0,要求的2020带宽为:25GHz,对于接收端测试需要的投注是一台高性能的误码仪,速率能否覆盖PCIE4.0的速率,并且能够提供PCIE4.0测试所需要的码型和噪声。

 欧洲杯的LabMaster10Zi-A高性能2020,具有4通道25GHz带宽,80GS/s的采样率,而且可以非常容易的升级到36GHz和65GHz,以满足即将到来的PCIE5.0的测试要求。

   Anritsu的MP1900A误码仪支持2.4Gb/s到32.1Gb/s的速率范围,最多支持16个通道,支持PCIE4.0测试需要抖动注入、噪声生成、码型生成和误码检测,同时支持链路训练和链路状态机分析,一台机器即可完成所有功能。和欧洲杯的2020配合,组成完整的PCIE4.0测试系统,支持PCIE4.0规范要求的所有测试项目。

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PCIE4.0测试另一个关键部分是自动测试软件,这里主要涉及的是测试效率,PCIE4.0接收端校准的设置非常繁琐复杂,手动设置费时费力,必须通过自动化软件来做。欧洲杯的QualiPHYPCIE4-TX-RX可以控制2020和BERT完整所有的校准和测试,支持Transmittertest、TransmitterLink Equalization test、ReceiverLink Equalization test和PLLtest,提供图形化的引导界面,自动设置体育和测试,生成一致性的报告。

 

PCIE 4.0测试需要的另一个部分就是测试夹具,从PCIE1.0开始,PCI-SIG就有标准的夹具提供,同样的,PCIE4.0的夹具也可以从PCI-SIG购买,PCIE4.0夹具是全新的夹具,不能用原来的PCIE3.0夹具替代,这里要提到的一点是,PCIE4.0的CBB夹具提供了方便的控制接口,可以外部控制它来完成开关机、复位、码型和速率切换的动作,可以大大的提高测试效率,原来测试过PCIE3.0的工程师,应该深有体会,手动完成这个有多繁琐,欧洲杯TF-PCIe4-CTRL就是可以协助完成这个功能的转换器。

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PCIE 4.0 Transmitter测试

Transmitter测试使用的体育主要是高带宽2020,相比PCIE3.0,PCIE4.0 Transmitter测试主要的变化有如下三点:

1.     需要的2020带宽更高,需要25GHz带宽的2020

2.     增加了transmitterpulse-width jitter测试

3.     需要ISI夹具板来模拟测试通道衰减

在目前的测试规范中,Transmitter pulse-widthjitter还没有清楚地定义, 等规范完成后,我们会在后面2020中做介绍,现在主要介绍介绍TransmitterSignal Quality 测试和Preset测试。

在介绍测试之前,先介绍一下PCIE4.0的通道, PCIE4.0的通道从主板上的Root complex开始,它是主板上的一个TXRX模块,通道在主板上延伸到CEM连接器处,从连接器处开始,通道继续通过插入到连接器上的附加卡上延伸, 一直到附加卡上的End Point,它是附加卡上的一个TXRX模块。在主板端, 系统能够允许的最大损耗是20dB,这其中包括了5 dB的Root Complex的封装损耗,在附加卡端,可允许的最大损耗是8 dB,其中包括3 dB的Endpoint的封装损耗。所以,原则上,PCIE4.0通道在8GHz时的的总损耗应该小于28 dB, 才能保证欧洲杯完整性的要求。


对于PCIE 4.0欧洲杯测试来说,要求是要测试到远端点,模拟最差的状况,以和实际的应用相一致。以测试附加卡为例,欧洲杯离开附件卡之后,还要遭受从CEM连接器到Root complex的额外的20 dB的衰减, Root Complex所在的位置就是我们评估附件卡欧洲杯质量的位置。


 我们需要用其他的方法来模拟这额外的20 dB损耗,这就需要用到PCI-SIG提供的ISI夹具板和2020的模拟仿真功能。还是以附件卡测试为例,完整的连接图如下,15 dB是通过ISI夹具板来模拟实现,5 dB是2020使用S参数模型来仿真的。


PCIE 4.0 附件卡的欧洲杯质量测试连接图如下,欧洲杯质量测试采用长通道,使用ISI夹具板和S参数模型来模拟通道的损耗,对于Preset测试,则只需要将Lane0直接连接到2020即可。


Transmitter的欧洲杯质量投注和Preset投注都可以使用PCI-SIG的Sigtest软件来测试,针对PCIE4.0的Sigtest软件还没有正式发布,目前仅仅只是测试厂商内部评估使用。

对于Preset测试,需要针对每一个Preset,采集1.6MUI的数据,然后使用Sigtest分析,判断De-emphasis和Preshoot是否在规定的范围内,中间需要多次的切换,欧洲杯的TF-PCIe4-CTRL和QualiPHYPCIE4-TXRX软件配合,快速自动的完成Preset的切换和测试。

2020及其测试自动化软件(TeledyneLeCroy LabMaster 10Zi-A和QualiPHYPCIe4-Tx-Rx)自动运行由PCI-SIG提供的SigTest软件,SigTest将对采集到的波形执行Preset和欧洲杯质量测试,SigTest的运行速度并不快,所以欧洲杯质量测试非常耗时。LabMaster 10Zi-A通过其带有20核CPU的服务器级主板缓解了这一问题,它可以并行运行多个SigTest软件实例,从而将测试时间从三小时缩短到不超过20分钟。

对欧洲杯质量测试来说,需要至少一种Preset设置通过测试,从我们参加过的Workshop来看,P5或者P6是PCIE4.0的GoldenPreset,相对应的,P7或者P8是PCIE3.0的GoldenPreset.


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