PCI Express Gen5：自動化多通道測試

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對高速鏈路（如PCI Express^?）的全面表征需要對被測鏈路的發(fā)送端（Tx）和接收端（Rx）進行多差分通道的測量。由于需要在不同通道之間進行同軸連接的物理切換，這對于完全自動化的測試環(huán)境來說是一個挑戰(zhàn)。引入RF開關(guān)矩陣允許多通道測試中的物理連接切換，并實現(xiàn)自動化軟件測試。

PCI Express端口通常具有x1、x4、x8和x16的通道寬度，這給完全自動化的Tx或Rx測試帶來了挑戰(zhàn)。將RF開關(guān)包括在測試通道中，可以在無需頻繁更換DUT和測試設(shè)備電纜的情況下進行多通道測試。需要特別注意的是，必須盡量減少RF開關(guān)的電氣影響，確保測試符合規(guī)范要求或驗證測試計劃。

圖1 ZTM2-8SP6T-40模塊化開關(guān)矩陣，帶有8個40GHz終端SP6T機械開關(guān)

本文將重點介紹用于x16測試的RF開關(guān)配置。這些開關(guān)型號最多支持18條通道（PCIe最大通常為x16），也可支持更低的通道數(shù)。建議使用剛性電纜在不同開關(guān)組件之間建立固定連接，這些電纜可根據(jù)請求從Mini-Circuits獲得。最初將展示CEM測試的示意圖，但這些技術(shù)同樣適用于BASE測試，相關(guān)的示意圖將在白皮書的最后部分展示。

圖1中展示了ZTM2-8SP6T-40模塊化開關(guān)矩陣，該矩陣包含8個40GHz終端的SP6T機械開關(guān)。這種配置最多支持18條通道。建議在相鄰的40GHz繼電器之間使用相位匹配的電纜進行固定連接。當(dāng)繼電器未切換為直通連接時，將存在50歐姆的終端。

圖2中展示了ZT-8SP6T-40 4U/5U開關(guān)矩陣，包含8個40GHz終端的SP6T機械開關(guān)。這種配置最多支持18條通道。建議使用剛性電纜（圖中包含）來固定相鄰40GHz開關(guān)之間的連接。這種矩陣中的開關(guān)組件布局保持了所有輸入和輸出之間相似的電氣路徑長度，這對多通道Rx測試尤為有利，可以減少校準與測試之間的路徑差異。當(dāng)繼電器未切換為直通連接時，將存在50歐姆的終端。

圖2 ZT-8SP6T-40 4U/5U開關(guān)矩陣，帶有8個40GHz終端SP6T機械開關(guān)

RF開關(guān)矩陣 – Gen5 Tx測試

PCIe Gen5設(shè)備（系統(tǒng)主機或插件卡）在多通道端口上將表現(xiàn)出不同的發(fā)射器性能。為了全面表征鏈路并識別硅片性能問題、過度近端或遠端串?dāng)_或布局缺陷，驗證所有通道是常見的。在測試設(shè)置中使用RF開關(guān)（見圖3）可以實現(xiàn)多通道Tx驗證，而無需工程師或技術(shù)人員不斷更換連接。32 GT/s基礎(chǔ)Tx測試的連接方式相似（見圖10）。

圖3 32 GT/s CEM系統(tǒng)Tx（多通道）

系統(tǒng)主機配置需要將符合性負載板（CLB）插入DUT的CEM連接器，并通過電纜將每條通道連接到RF開關(guān)。插件卡配置類似，但DUT插入符合性基板（CBB）。單對電纜將終端開關(guān)矩陣連接回50 GHz示波器。像任意波形發(fā)生器（AFG）這樣的儀器允許自動化100MHz突發(fā)信號的生成，以在不同的發(fā)射器測量中使DUT切換到各種數(shù)據(jù)速率和模式。

每一個在開關(guān)設(shè)置中的連接都非常重要。在進行32 GT/s Tx測試時，不建議串聯(lián)超過兩個繼電器，因為這會引入插入損耗。建議在DUT和RF開關(guān)之間使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關(guān)與示波器輸入之間使用較短的0.5米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: 174-6663-01）。可以使用示波器的差分快速邊沿信號，通過TekExpress軟件自動執(zhí)行通道間的延時校正（deskew）。所有通道中的電纜、繼電器和PCB應(yīng)在正負信號路徑之間保持±1ps的匹配。

在RF開關(guān)的輸入和輸出保持50歐姆（100歐姆差分）連接可以最小化通道內(nèi)的反射，但會引入一些插入損耗。32 GT/s信號質(zhì)量測試不需要物理的可變ISI板（Gen4測試所需），因此需要在示波器上嵌入附加的通道和封裝損耗。應(yīng)對包括RF開關(guān)在內(nèi)的測試夾具進行表征（如在5.0 PHY測試規(guī)范的附錄B中所述）?；旧?，將選擇一個較低損耗的濾波文件，以實現(xiàn)最壞情況下的插件卡損耗（在測試系統(tǒng)主機時）或最壞情況下的系統(tǒng)損耗（在測試插件卡時）。可以使用Tektronix的SignalCorrect解決方案來驗證包括RF開關(guān)矩陣在內(nèi)的通道損耗，而無需使用昂貴的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）。

RF開關(guān)矩陣–Gen5 Rx測試

PCIe Gen5設(shè)備（系統(tǒng)或插件卡）的接收端通過一個精細校準的應(yīng)力眼圖信號進行測試。這種“最壞情況”信號是在參考平面（無通道）以及所需的“最壞情況”通道（34 dB至37 dB @ 16 GHz之間）下，通過多步校準建立的。本節(jié)將討論如何在該信號的Rx測試校準中加入終端RF開關(guān)，并對DUT進行多通道鏈路測試。

圖4 32 GT/s CEM Rx測試點

校準振幅、發(fā)送端均衡、隨機抖動和正弦抖動在TP3測試點需要在Anritsu MP1900A BERT PPG與Tektronix 50 GHz示波器之間進行直接連接。建議在此連接中使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M）。TP3校準連接如圖5所示，在此步驟中不包括RF開關(guān)。由于RF開關(guān)會引入一些電氣通道長度差異，建議不要在TP3參考平面前引入這種影響。

圖5 32 GT/s TP3應(yīng)力眼圖（基礎(chǔ)與CEM）

校準在TP2P測試點進行，包括差分模式干擾（DMI）、共模干擾（CMI）和最終的應(yīng)力眼圖。該測試點位于TP2之后（BERT與示波器之間的物理通道），但TP2P包括封裝嵌入和Rx均衡及時鐘恢復(fù)的影響。在TP2校準中加入RF開關(guān)的示意圖如圖6所示，開關(guān)位于測試夾具（基礎(chǔ)或CEM）之后。此時，工程師需要決定是僅進行單次TP2校準（推薦用于ZT-8SP6T-40 4U/5U），還是進行兩次或更多TP2校準（建議考慮ZTM2-8SP6T-40不同電氣路徑長度的影響）。不建議在32 GT/s應(yīng)力眼圖校準中串聯(lián)超過兩個繼電器。

圖6 32 GT/s TP2應(yīng)力眼圖

建議在BERT與RF開關(guān)之間使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關(guān)與示波器之間使用較短的0.5米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: 174-6663-01）。可以使用示波器的差分快速邊沿信號，通過TekExpress軟件自動執(zhí)行通道間的延時校正（deskew）。所有通道中的電纜、繼電器和PCB應(yīng)在正負信號路徑之間保持±1ps的匹配。

在RF開關(guān)的輸入和輸出保持50歐姆（100歐姆差分）連接可以最小化通道內(nèi)的反射，但會引入一些插入損耗。32 GT/s信號質(zhì)量測試不需要物理的可變ISI板（Gen4測試所需），因此需要在示波器上嵌入附加的通道和封裝損耗。應(yīng)對包括RF開關(guān)在內(nèi)的測試夾具進行表征（如在5.0 PHY測試規(guī)范的附錄B中所述）?；旧?，將選擇一個較低損耗的濾波文件，以實現(xiàn)最壞情況下的插件卡損耗（在測試系統(tǒng)主機時）或最壞情況下的系統(tǒng)損耗（在測試插件卡時）。可以使用Tektronix的SignalCorrect解決方案來驗證包括RF開關(guān)矩陣在內(nèi)的通道損耗，而無需使用昂貴的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）。

使用經(jīng)過校準的應(yīng)力眼圖信號對32 GT/s的多通道接收端進行測試，需要使用兩個RF開關(guān)矩陣，如圖7所示。當(dāng)鏈路為x8或更低通道數(shù)時，可以考慮使用單個RF開關(guān)矩陣。來自Anritsu MP1900A PPG的信號必須分配到所有PCIe通道。設(shè)備將處于環(huán)回模式，因此數(shù)字化信號將通過Tx引腳傳輸回來，并通過開關(guān)切換回BERT的誤碼檢測器的單一輸入。許多支持32 GT/s的系統(tǒng)在返回通道到誤碼檢測器時會表現(xiàn)出高損耗，并可能需要外部重驅(qū)動器來均衡信號以供測試設(shè)備檢測。如果之前未需要外部重驅(qū)動器，RF開關(guān)的引入可能會導(dǎo)致其需求。32 GT/s基礎(chǔ)Rx LEQ測試的連接方式相似。

圖7 32 GT/s系統(tǒng)Rx LEQ測試（多通道）

建議在BERT與RF開關(guān)之間使用1米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF開關(guān)與示波器之間使用較短的0.5米長的2.92mm電纜（例如Tektronix PN: 174-6663-01）。應(yīng)盡量使用最短的2.92mm電纜連接DUT的Tx和誤碼檢測器。

下一代串行標準和數(shù)據(jù)通信要求帶來新的測試挑戰(zhàn)，突破了當(dāng)今合規(guī)性和調(diào)試工具的極限。