PCIExpress发射机通路间时延测量白皮书

射频百花潭 2022-12-29 20:46

【应用手册】TI 全新MCU及C29内核的能源设施应用方案 构建AI未来，Arm计算平台无处不在

PCI Express(PCIe) 串行通信标准支持最多 16 路全双工数据传送。标准要求接收机容忍一定的通路间时延，如果超过这个限制，就会损害链路稳定性和性能。本文介绍了怎样准确测量最大数据速率为 32 GT/s (Gen5) 的PCIe 发射机中的通路间时延。这些规程可以简便地加以调整，支持数据速率更低的测量。在第一部分，我们展示了怎样校正测量系统（实时示波器）的时延；在第二部分，我们介绍了怎样配置被测器件 (DUT)，执行准确的通路间时延测量。

第一部分：校正实时示波器通道时延

为准确地测量 DUT 的时延，我们必须先校正测量仪器的时延。一般来说，我们会使用 4 条示波器通道，进行通路间时延测量。在本指南中，我们使用泰克 DPO73304SX，这是一台 4 通道实时示波器。我们将根据一条目标通道来校正全部 4 条通道的时延。下面的步骤描述了怎样根据通道 1 校正通道 2、3、4 的时延。

1. 通过一对相位匹配的 2.92 电缆，把 Fast Edge Positive 正快速边沿连接到示波器通道 1，把 Fast EdgeNegative 负快速边沿连接到通道 2。

● 注：相位匹配的电缆对建议在 ±1 ps 时延范围内。泰克产品编号：PMCABLE1M

2. 调节垂直刻度，使用满刻度。注意根据规范，Fast Edge 输出为 440 mV ± 20 % 到 50W 负载。

3. 调节水平设置如下：

● Mode: Manual

● Sample Rate: 100 GS/s

● Record Length: 100K

4. 可以使用默认的触发设置，否则设置如下，然后点击 Set to 50% 按钮，自动设置触发电平。

● Trigger type: Edge

● Source: Ch1

● Slope: Rising

5. 启动 DPOJET，配置 Skew Measurement 时延测量。

● 进入 Analyze -> DPOJET

● 在 DPOJET 中：Select -> Time -> Skew Measurement

● 配置 Sources -> Ch1, Ch2

● 配置 Edges -> From Edge to Rise, To Edge to Opposite From.

6. 点击右面的 Run 运行按钮。观察 DPOJET 结果中的样本数。在样本数达到 1000 时，点击 Stop 停止按钮。

● 注：在执行这个程序时，DPOJET 会一直显示红色 X 错误指示灯。错误表明测量没有足够的边沿执行时钟恢复。时延测量不要求时钟恢复，所以这个错误完全可以忽略。

7. 记录时延测量的中间值。

8. 把时延测量值设置成 Deskew。

● 进入 Vertical -> Deskew

● 从 Channels list 通道列表中选择 Ch2。

● 输入时延测量值。

9. 到现在，我们已经完成从 Ch2 到 Ch1 的时延校正。

10. 把连接示波器 Ch2 的电缆移到 Ch3，现在 Fast Edge Negative 负快速边沿连接到 Ch3。

11. 进入 Vertical -> Vertical Setup，把 Ch2 设置成 Display Off，把 Ch3 设置成 Display On。

12. 重复第 2 步到第 8 步，完成从 Ch3 到 Ch1 的时延校正。

13. 把连接示波器 Ch3 的电缆移到 Ch4，现在 Fast Edge Negative 负快速边沿连接到 Ch4。

14. 进入 Vertical -> Vertical Setup，把 Ch3 设置成 Display Off，把 Ch4 设置成 Display On。

15. 重复第 2 步到第 8 步，完成从 Ch4 到 Ch1 的时延校正。

第二部分：执行通路间时延测量

在完成示波器通道时延校正后，我们可以配置 DUT 进行通路间时延测量。在下面的程序中，我们先介绍所需的设备，以及控制 DUT 发射机输出信号的信号路由。然后，我们介绍 DUT 及执行通路间时延测量的推荐配置。

1. 准备以下设备，用来生成切换信号 (100 MHz 脉冲，1 ms 突发时间 )。

● PCIe Gen 5 CEM 测试夹具 (PCI-SIG Rev 3)；和

● 任意函数发生器 ( 泰克 AFG31252)；或

● 任意波形发生器 ( 泰克 AWG7122C)

2. 对发射机 / 接收机信号接入，根据 DUT 类型设置以下项目：

● 对 BASE DUT - PCIe Gen 5 评估平台

● 对 CEM DUT - PCIe Gen 5 CEM 测试夹具

- 系统电路板 - 一致性测试负载电路板 (CLB)

- 插卡 - 一致性测试基本电路板 (CBB)

3. 信号路由

● 把切换信号连接以 Rx 通路 0。

- 切换信号正 -> Rx 通路 0 正；切换信号负 -> Rx 通路 0 负

● 例如，为测量通路 0 到通路 1 时延，与示波器的连接如下。

- Tx 通路 0 正 -> 示波器 Ch1

- Tx 通路 0 负 -> 示波器 Ch3

- Tx 通路 1 正 -> 示波器 Ch2

- Tx 通路 1 负 -> 示波器 Ch4

● 注：电缆要尽可能短，以最大限度地降低插入损耗。

系统电路板 DUT 的连接图

插卡 DUT 的连接图

4. 把切换信号 (100 MHz 脉冲，1 ms 突发时间 ) 发送到 DUT 接收机通路 0，控制 DUT 发射机输出信号。

DUT Tx 输出信号在开机时是 PCIe Gen1 (2.5GT/s)。通过发送第一个切换信号，DUT Tx 输出信号会切换到 PCIe Gen2 (5GT/s)，预置值为 3.5 dB。然后发送第二个切换信号，DUT 输出信号切换到 PCIeGen2，预置值为 6 dB。发送第三个切换信号，DUT 会发送 PCIe Gen3 (8GT/s)，预置值为 0。我们在附录中提供了完整的 DUT Tx 输出信号列表。注意一旦到达最后的码型，DUT 输出信号会回到 Gen1。

5. 为执行通路间测量，我们推荐把 DUT 发射机配置成 Preset 6 for PCIe Gen5，发送切换信号 40 次，可以实现这一操作。

● 注：由于最优 Tx Preset 预置值在不同 DUT 之间可能会变化，所以本节最后提供了一个可选步骤，阐述了怎样使用 SigTest 分析工具确定最优 Tx Preset 预置值。

6. 配置示波器 Horizontal Settings 水平设置。

● Sampling Mode: IT (Interpolate)

● Mode: Manual

● Sample Rate: 200 GS/s

● Record Length: 625K

7. 为 Tx 通路配置示波器 Math Channel 数学通道。

● 设置 Math1 = Ch1 - Ch3

● 设置 Math2 = Ch2 - Ch4

8. 示波器触发设置配置如下。使用脉冲宽度触发，捕获一致性测试码型的 64 个 1/64 个 0 部分。

● Trigger type: Pulse Width