PCIe傳輸復雜性日增 高速訊號測試不可或缺

隨著PCIe技術的不斷進步，其測試驗證的復雜性也日益增長。為了滿足日益增長的速度需求，每一代PCIe的演進都實現(xiàn)了傳輸速率的翻倍。如今，全球各地的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)開始采用最新版本的PCIe 5.0和6.0電纜來連接大量高速數(shù)據(jù)存儲設備。與此同時，電纜制造商也在積極生產(chǎn)，以向客戶交付首批PCIe 5.0和6.0電纜。

更高速的傳輸纜線
PCIe測試驗證不僅需要先進的測試設備和技術，還需要嚴格遵守PCI-SIG規(guī)范，以確保測試結果的準確性和可靠性。
為了確保這些高速電纜符合PCIe標準并保證整個系統(tǒng)的正常運行，研發(fā)驗證、合規(guī)性和制造過程都需要進行徹底的測試。每個PCIe鏈路具有不同數(shù)量的通道對，包括1、2、4、8或16對，每對通道由一組差分發(fā)送（TX）和一組差分接收（RX）通道組成。以PCIe 6.0電纜為例，采用x8配置的電纜可以實現(xiàn)高達64 GB/s的傳輸速率。
然而，手動驗證高速互連的合規(guī)性不僅工作量大，而且容易出錯。對于電纜的所有Thru連接以及電纜內(nèi)部的近端和遠程串擾路徑，需要進行大量的四埠測量。傳統(tǒng)的四端口向量網(wǎng)絡分析儀在每次測量時都需要重新連接，并且需要正確終端化未測量的差分對，這無疑增加了測試的復雜性和難度。
在PCIe 5.0/6.0系統(tǒng)行為測試中，某些屏蔽限制值的偏差可能并不關鍵。通過或失敗判定主要取決于整合回波損耗（iRL）和串擾噪聲分量（ccICN）等度量。這些度量在PCI-SIG規(guī)范中定義，需要從S參數(shù)結果計算得出，并需要進行大量的后處理工作。此外，校準測試夾具特性也帶來了額外的挑戰(zhàn)。
鑒于PCIe系統(tǒng)的重要性，PCI-SIG正在制定用于內(nèi)部（機箱內(nèi)部）和外部（機箱到機箱）應用的標準化電纜規(guī)范。這些規(guī)范包括在32 GT/s和64 GT/s速率下配對的電纜組件和配對線纜連接器的相應電氣要求，以確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。
因此，對于PCIe測試驗證而言，不僅需要先進的測試設備和技術，還需要嚴格遵守PCI-SIG規(guī)范，以確保測試結果的準確性和可靠性。隨著PCIe技術的不斷發(fā)展，測試驗證的難度和復雜性也將繼續(xù)增加，但這也將推動測試技術的不斷創(chuàng)新和進步。

測試設備考慮

 
圖一 : 示波器和網(wǎng)絡分析儀，是PCIe測試驗證中不可或缺的設備。

隨著PCIe技術的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)速率的提升使得高速串行數(shù)據(jù)鏈路的設計愈發(fā)復雜。特別是通道拓撲的多樣化以及主動組件需要調(diào)整的參數(shù)數(shù)量激增，對設計和測試增加了更高的挑戰(zhàn)。
高速信號測試設備，如高性能示波器和網(wǎng)絡分析儀，是PCIe測試驗證中不可或缺的設備。這些設備能夠支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，如PCIe 6.0的64GT/s，并具備足夠的采樣帶寬和精度，以捕捉和分析高速信號中的細微變化。
專門的PCIe測試解決方案也是必不可少的。這些解決方案通常包括一系列的軟件和硬件工具，用于仿真、研發(fā)和驗證PCIe設計的各個方面。此外，誤碼率測試儀和實時示波器等設備也是PCIe測試中的重要組成部分。BERT能夠模擬各種信號條件，以驗證被測設備在不同環(huán)境下的性能表現(xiàn)，而實時示波器則用于對PCIe信號進行實時采樣和分析。
針對PCIe測試驗證的最新標準，還需要關注設備供貨商發(fā)布的最新產(chǎn)品和解決方案。隨著PCIe技術的不斷發(fā)展，新的測試設備和解決方案會不斷涌現(xiàn)，以滿足更高的測試需求。需要注意的是，為了確保測試的準確性和可靠性，選擇設備時除了考慮其性能參數(shù)外，還應考慮其是否符合PCI-SIG等權威機構制定的標準和規(guī)范。同時，與設備供貨商的技術支持團隊保持溝通，以確保獲得最新的技術支持和解決方案。
PCIe 6.0正在開發(fā)中，以滿足新興應用的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。隨著數(shù)據(jù)速率翻倍和其他增強的性能規(guī)格，PCIe 6.0將增加高速互連設計的復雜性。工程師需要選擇合適的信號完整性測試解決方案，來驗證他們的產(chǎn)品是否符合 PCIe 6.0 標準。為了確保PCIe測試驗證的準確性，需要一系列先進的測試設備來支持。這些設備包括：
●誤碼率測試儀（BERT）和脈沖模式發(fā)生器（PPG）：用于進行高精度的特定信號測量。BERT和PPG在PCIe測試中發(fā)揮著關鍵作用，能夠模擬和生成各種信號條件，以驗證被測設備在不同環(huán)境下的性能表現(xiàn)。
●BERT誤碼檢測器（ED）：用于分析Serdes輸出的誤碼率（BER）。ED能夠準確檢測信號中的錯誤，并提供誤碼率數(shù)據(jù)，?明工程師評估PCIe設備的性能。
●實時示波器：需要采樣帶寬大于50 GHz，用于對PCIe信號進行實時采樣和分析，檢測信號的波形、時鐘抖動等參數(shù)。實時示波器能夠提供詳細的信號信息，?明工程師診斷和解決潛在問題。

此外，針對PCIe 5.0和6.0等更高級別的測試，還需要支持更高速率和更復雜測試方案的設備。例如，鏈路均衡訓練測試需要BERT模擬一個參考Serdes，并與被測設備（DUT）在PCIe協(xié)議的PHY邏輯子區(qū)塊進行交互。這要求測試設備具有更高等級的仿真和交互能力。除了上述核心設備外，還可能需要其他輔助設備，如測試夾具、校準設備等，以確保測試的準確性和可靠性。
目前測試大廠是德科技（Keysight）就推出了端到端的PCIe 5.0/6.0測試解決方案，涵蓋了從仿真到物理層和協(xié)議層的測試需求。是德科技的PCIe測試解決方案包括模擬、研發(fā)和驗證工具，能夠支持從PCIe 3.0到PCIe 6.0等各個版本的測試需求。太克科技（Tektronix）則提供了高性能的示波器，用于實時捕獲和分析高速PCIe信號。安立知（Anritsu）的PCIe解決方案能夠支持PCIe設備的性能評估和一致性測試，確保設備符合相關標準和規(guī)范。羅德史瓦茲（R＆S）則與PCI-SIG密切合作，針對PCIe架構的一致性測試提供了廣泛的解決方案。這些解決方案不僅可用于一致性測試，還可用于高效驗證和系統(tǒng)級設計，包括存在其他接口和無線信號的復雜場景。

加快合規(guī)測試速度

 

圖二 : 每一代PCIe的演進都實現(xiàn)了傳輸速率的翻倍。圖為PCI-SIG的發(fā)展藍圖。

為了準確快速地進行符合PCI-SIG規(guī)范的最新一代PCIe 5.0和6.0電纜和連接器的合規(guī)性測試，R&S開發(fā)新的向量網(wǎng)絡分析儀自動化套件選項。例如，對于完全自動化驗證PCIe x8電纜，軟件可以控制一個由ZNB向量網(wǎng)絡分析儀和可擴展的OSP開關矩陣配置組成的測試裝置，創(chuàng)建一個具有64個測試埠的多埠VNA解決方案。該解決方案將PCIe x8電纜的測試時間縮短到僅幾分鐘，包括所有Thru連接、所有串擾組合以及相應的度量計算，以進行通過與失敗評估。相比之下，手動測試需要數(shù)小時，并且測試工程師可能存在連接錯誤的重大風險。
新的向量網(wǎng)絡分析儀自動化套件選項，可應對PCIe 5.0和6.0電纜和連接器的合規(guī)性驗證挑戰(zhàn)。R&S ZNrun-K440專為根據(jù)PCI-SIG規(guī)范自動進行PCIe 5.0和6.0內(nèi)部和外部電纜和連接器的合規(guī)性測試而設計，為用戶節(jié)省了大量時間。測試裝置配備四個測試端口，并結合多個開放式開關和控制平臺，根據(jù)要驗證的設備通道數(shù)目而定，提供多個四埠測量，而無需重新連接到DUT并重復其它通道的終端電阻插拔。例如，PCIe x8電纜具有16個通道，需要64個測試埠，由三個OSP320平臺提供，而PCIe x4電纜只需要兩個OSP320平臺提供32個測試埠。
R&S ZNrun-K440解決方案自動化符合PCIe規(guī)范的所有測量。還包括對定義的PCIe度量進行后處理。測試配置器可對個別信道進行選擇和取消選擇測試，提供更大的靈活性，以滿足研發(fā)和驗證測試中客戶的需求和偏好。自動化測量結束時生成帶有通過或失敗判定的測試報告。該自動化功能采用新的校準程序，顯著減少了校準步驟和校準連接的數(shù)量。它還包括了符合PCIe測試規(guī)范所需的測試夾具去嵌套方法。

 
圖三 : 選擇適合的測試設備是確保驗證成功的關鍵。圖為GRL，PCI-SIG的官方測試認證機構。

PCIe 6.0基本規(guī)格測試系統(tǒng)
安立知也以其訊號質(zhì)量分析儀 MP1900A 系列，搭配太克科技的實時示波器，以及通過硅驗證的 Synopsys PCI Express 6.0 IP，成為一套PCIe 6.0基本規(guī)格測試系統(tǒng)。PCIe 6.0利用前向糾錯技術，確保SNR訊號之完整性，其結果是評估待測物復雜度更高。更高效率的測試方案，是使用實時示波器執(zhí)行自動基本規(guī)范校準和訊號質(zhì)量評估，并結合安立知支持糾錯分析的MP1900A以實時測量FEC誤碼率。
MP1900A訊號質(zhì)量分析儀是一款高性能的誤碼率測試儀（BERT），可用于測量諸如PCIe 6.0、PCIe 3.0至5.0和USB3.2/4.0等高速運算接口，以及包括400GbE與800GbE等超寬帶通訊接口。MP1900A兼具測試重現(xiàn)性和簡單的操作等優(yōu)點，是一款經(jīng)PCI-SIG認證的儀器，可用于高達PCIe 5.0的一致性測試。

優(yōu)化信號完整性
在PCIe設計與模擬方面，是德科技提供模擬工具，可以優(yōu)化PCIe設計的信號和電源完整性。同時，這些工具還能夠分析高速IC封裝和PCB互連等組件的電磁效應，確保設計的穩(wěn)定性和可靠性?？焖儆行У卦u估PCIe 6.0鏈路的端對端性能，可以為用戶提供有力的設計驗證支持。
在PCIe發(fā)射器測試方面，PCIe 6.0從NRZ轉變?yōu)镻AM4，眼圖高度從PCIe 5.0的15mV縮小到只有6mV，帶來了更大挑戰(zhàn)。是德提供了優(yōu)化噪聲性能的示波器，能夠準確測量低至6mV的眼圖高度。此外，Keysight FlexPLL支持速度最快的發(fā)射器鎖相環(huán)（PLL）帶寬測量，將測量時間從幾小時縮短到數(shù)秒，提高了測試效率。

結語
PCIe測試驗證需要一系列專業(yè)的測試設備支持，這些設備不僅具有高精度的測量和分析能力，還需要支持高速率和復雜測試方案。選擇適合的測試設備是確保PCIe測試驗證成功的關鍵之一。
支持PCIe測試驗證標準的設備涵蓋了高速信號測試設備、專門的PCIe測試解決方案以及BERT和實時示波器等關鍵設備。在選擇設備時，應綜合考慮其性能參數(shù)、符合標準情況以及技術支持等因素。許多廠商都提供了針對不同PCIe版本和測試需求的解決方案，包括硬件測試設備、仿真軟件、驗證工具等。隨著PCIe技術的不斷發(fā)展和新版本的推出，測試廠商也會不斷更新和升級他們的測試解決方案，來滿足市場需求。