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PCIe传输复杂性日增 高速讯号测试不可或缺
选择合适方案

【作者: 王岫晨】2024年04月29日 星期一

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随着PCIe技术的不断进步,其测试验证的复杂性也日益增长。为了满足日益增长的速度需求,每一代PCIe的演进都实现了传输速率的翻倍。如今,全球各地的资料中心已经开始采用最新版本的PCIe 5.0和6.0电缆来连接大量高速资料存放装置。与此同时,电缆制造商也在积极生产,以向客户交付首批PCIe 5.0和6.0电缆。


更高速的传输缆线

PCIe测试验证不仅需要先进的测试设备和技术,还需要严格遵守PCI-SIG规范,以确保测试结果的准确性和可靠性。

为了确保这些高速电缆符合PCIe标准并保证整个系统的正常运行,研发验证、合规性和制造过程都需要进行彻底的测试。每个PCIe链路具有不同数量的通道对,包括1、2、4、8或16对,每对通道由一组差分发送(TX)和一组差分接收(RX)通道组成。以PCIe 6.0电缆为例,采用x8配置的电缆可以实现高达64 GB/s的传输速率。


然而,手动验证高速互连的合规性不仅工作量大,而且容易出错。对於电缆的所有Thru连接以及电缆内部的近端和远端串扰路径,需要进行大量的四埠测量。传统的四埠向量网路分析仪在每次测量时都需要重新连接,并且需要正确终端化未测量的差分对,这无疑增加了测试的复杂性和难度。


在PCIe 5.0/6.0系统行为测试中,某些遮罩限制值的偏差可能并不关键。通过或失败判定主要取决於整合回波损耗(iRL)和串扰杂讯分量(ccICN)等度量。这些度量在PCI-SIG规范中定义,需要从S叁数结果计算得出,并需要进行大量的後处理工作。此外,校准测试夹具特性也带来了额外的挑战。


鉴於PCIe系统的重要性,PCI-SIG正在制定用於内部(主机壳内部)和外部(主机壳到主机壳)应用的标准化电缆规范。这些规范包括在32 GT/s和64 GT/s速率下配对的电缆元件和配对线缆连接器的相应电气要求,以确保整个系统的稳定性和性能。


因此,对於PCIe测试验证而言,不仅需要先进的测试设备和技术,还需要严格遵守PCI-SIG规范,以确保测试结果的准确性和可靠性。随着PCIe技术的不断发展,测试验证的难度和复杂性也将继续增加,但这也将推动测试技术的不断创新和进步。


测试设备考量


图一 : 示波器和网路分析仪,是PCIe测试验证中不可或缺的设备。
图一 : 示波器和网路分析仪,是PCIe测试验证中不可或缺的设备。

随着PCIe技术的不断发展,资料速率的提升使得高速串列资料连结的设计愈发复杂。特别是通道拓扑的多样化以及主动元件需要调整的叁数数量激增,对设计和测试增加了更高的挑战。


高速信号测试设备,如高性能示波器和网路分析仪,是PCIe测试验证中不可或缺的设备。这些设备能够支援更高的资料传输速率,如PCIe 6.0的64GT/s,并具备足够的采样频宽和精度,以捕捉和分析高速信号中的细微变化。


专门的PCIe测试解决方案也是必不可少的。这些解决方案通常包括一系列的软体和硬体工具,用於模拟、研发和验证PCIe设计的各个方面。此外,误码率测试仪和即时示波器等设备也是PCIe测试中的重要组成部分。BERT能够类比各种信号条件,以验证被测设备在不同环境下的性能表现,而即时示波器则用於对PCIe信号进行即时采样和分析。


针对PCIe测试验证的最新标准,还需要关注设备供应商发布的最新产品和解决方案。随着PCIe技术的不断发展,新的测试设备和解决方案会不断涌现,以满足更高的测试需求。需要注意的是,为了确保测试的准确性和可靠性,选择设备时除了考虑其性能叁数外,还应考虑其是否符合PCI-SIG等权威机构制定的标准和规范。同时,与设备供应商的技术支援团队保持沟通,以确保获得最新的技术支持和解决方案。


PCIe 6.0正在开发中,以满足新兴应用的高速数据传输需求。随着数据速率翻倍和其他增强的性能规格,PCIe 6.0将增加高速互连设计的复杂性。工程师需要选择合适的信号完整性测试解决方案,来验证他们的产品是否符合 PCIe 6.0 标准。为了确保PCIe测试验证的准确性,需要一系列先进的测试设备来支援。这些设备包括:


●误码率测试仪(BERT)和脉冲模式发生器(PPG):用於进行高精度的特定信号测量。BERT和PPG在PCIe测试中发挥着关键作用,能够类比和生成各种信号条件,以验证被测设备在不同环境下的性能表现。


●BERT误码检测器(ED):用於分析Serdes输出的误码率(BER)。ED能够准确检测信号中的错误,并提供误码率资料,?明工程师评估PCIe设备的性能。


●即时示波器:需要采样频宽大於50 GHz,用於对PCIe信号进行即时采样和分析,检测信号的波形、时钟抖动等叁数。即时示波器能够提供详细的信号资讯,?明工程师诊断和解决潜在问题。


此外,针对PCIe 5.0和6.0等更高级别的测试,还需要支援更高速率和更复杂测试方案的设备。例如,链路均衡训练测试需要BERT模拟一个叁考Serdes,并与被测设备(DUT)在PCIe协定的PHY逻辑子区块进行交互。这要求测试设备具有更高等级的模拟和交互能力。除了上述核心设备外,还可能需要其他辅助设备,如测试夹具、校准设备等,以确保测试的准确性和可靠性。


目前测试大厂是德科技(Keysight)就推出了端到端的PCIe 5.0/6.0测试解决方案,涵盖了从模拟到实体层和协议层的测试需求。是德科技的PCIe测试解决方案包括模拟、研发和验证工具,能够支援从PCIe 3.0到PCIe 6.0等各个版本的测试需求。太克科技(Tektronix)则提供了高性能的示波器,用於即时捕获和分析高速PCIe信号。安立知(Anritsu)的PCIe解决方案能够支援PCIe设备的性能评估和一致性测试,确保设备符合相关标准和规范。罗德史瓦兹(R&S)则与PCI-SIG密切合作,针对PCIe架构的一致性测试提供了广泛的解决方案。这些解决方案不仅可用於一致性测试,还可用於高效验证和系统级设计,包括存在其他介面和无线信号的复杂场景。


加快合规测试速度


图二 : 每一代PCIe的演进都实现了传输速率的翻倍。图为PCI-SIG的发展蓝图。
图二 : 每一代PCIe的演进都实现了传输速率的翻倍。图为PCI-SIG的发展蓝图。

为了准确快速地进行符合PCI-SIG规范的最新一代PCIe 5.0和6.0电缆和连接器的合规性测试,R&S开发新的向量网路分析仪自动化套件选项。例如,对於完全自动化验证PCIe x8电缆,软体可以控制一个由ZNB向量网路分析仪和可扩展的OSP开关矩阵配置组成的测试装置,创建一个具有64个测试埠的多埠VNA解决方案。该解决方案将PCIe x8电缆的测试时间缩短到仅几分钟,包括所有Thru连接、所有串扰组合以及相应的度量计算,以进行通过与失败评估。相比之下,手动测试需要数小时,并且测试工程师可能存在连接错误的重大风险。


新的向量网路分析仪自动化套件选项,可应对PCIe 5.0和6.0电缆和连接器的合规性验证挑战。R&S ZNrun-K440专为根据PCI-SIG规范自动进行PCIe 5.0和6.0内部和外部电缆和连接器的合规性测试而设计,为用户节省了大量时间。测试装置配备四个测试埠,并结合多个开放式开关和控制平台,根据要验证的设备通道数目而定,提供多个四埠测量,而无需重新连接到DUT并重复其它通道的终端电阻??拔。例如,PCIe x8电缆具有16个通道,需要64个测试埠,由三个OSP320平台提供,而PCIe x4电缆只需要两个OSP320平台提供32个测试埠。


R&S ZNrun-K440解决方案自动化符合PCIe规范的所有测量。还包括对定义的PCIe度量进行後处理。测试配置器可对个别通道进行选择和取消选择测试,提供更大的灵活性,以满足研发和验证测试中客户的需求和偏好。自动化测量结束时生成带有通过或失败判定的测试报告。该自动化功能采用新的校准程式,显着减少了校准步骤和校准连接的数量。它还包括了符合PCIe测试规范所需的测试夹具去嵌套方法。



图三 : 选择适合的测试设备是确保验证成功的关键。图为GRL,PCI-SIG的官方测试认证机构。
图三 : 选择适合的测试设备是确保验证成功的关键。图为GRL,PCI-SIG的官方测试认证机构。

PCIe 6.0基本规格测试系统

安立知也以其讯号品质分析仪 MP1900A 系列,搭配太克科技的即时示波器,以及通过矽验证的 Synopsys PCI Express 6.0 IP,成为一套PCIe 6.0基本规格测试系统。PCIe 6.0利用前向纠错技术,确保SNR讯号之完整性,其结果是评估待测物复杂度更高。更高效率的测试方案,是使用即时示波器执行自动基本规范校准和讯号品质评估,并结合安立知支援纠错分析的MP1900A以即时测量FEC误码率。


MP1900A讯号品质分析仪是一款高性能的误码率测试仪(BERT),可用於测量诸如PCIe 6.0、PCIe 3.0至5.0和USB3.2/4.0等高速运算介面,以及包括400GbE与800GbE等超宽频通讯介面。MP1900A兼具测试重现性和简单的操作等优点,是一款经PCI-SIG认证的仪器,可用於高达PCIe 5.0的一致性测试。


优化信号完整性

在PCIe设计与模拟方面,是德科技提供模拟工具,可以优化PCIe设计的信号和电源完整性。同时,这些工具还能够分析高速IC封装和PCB互连等元件的电磁效应,确保设计的稳定性和可靠性。快速有效地评估PCIe 6.0链路的端对端性能,可以为使用者提供有力的设计验证支援。


在PCIe发射器测试方面,PCIe 6.0从NRZ转变为PAM4,眼图高度从PCIe 5.0的15mV缩小到只有6mV,带来了更大挑战。是德提供了最隹化杂讯性能的示波器,能够准确测量低至6mV的眼图高度。此外,Keysight FlexPLL支援速度最快的发射器锁相环(PLL)频宽测量,将测量时间从几小时缩短到数秒,提高了测试效率。


结语

PCIe测试验证需要一系列专业的测试设备支援,这些设备不仅具有高精度的测量和分析能力,还需要支援高速率和复杂测试方案。选择适合的测试设备是确保PCIe测试验证成功的关键之一。


支援PCIe测试验证标准的设备涵盖了高速信号测试设备、专门的PCIe测试解决方案以及BERT和即时示波器等关键设备。在选择设备时,应综合考虑其性能叁数、符合标准情况以及技术支援等因素。许多厂商都提供了针对不同PCIe版本和测试需求的解决方案,包括硬体测试设备、模拟软体、验证工具等。随着PCIe技术的不断发展和新版本的推出,测试厂商也会不断更新和升级他们的测试解决方案,来满足市场需求。


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