干货分享|PCI Express Gen5：自动多路测试白皮书

PCI Express端口的通路宽度一般为x1、x4、x8和x16，这给全自动Tx或Rx测试带来了挑战。通过在测试通道中包括RF开关，我们可以在不过度改变DUT和测试设备电缆的情况下实现多路测试。必须注意，应使RF开关的电气影响达到最小，确保测试对规范要求或验证测试计划是真实的。本文描述了使用Mini-Circuits RF开关进行Gen5 (32 GT/s)多路测试，并就设置、自动测试提供了一些整体指引，并就通常遇到的挑战提出了建议。

图1.  ZTM2-8SP6T-40

图1显示了ZTM2-8SP6T-40模块化开关矩阵，拥有8个40GHz端接的SP6T机械开关。这一配置将支持最多18条通路。推荐使用相位匹配的电缆，在相邻的40 GHz继电器之间建立固定连接。在没有为直通连接打开继电器时，会有50Ω端接。

图2.  ZT-8SP6T-40 4U/5U

图2显示了ZT-8SP6T-40 4U/5U开关矩阵，拥有8个40GHz端接的SP6T机械开关。这一配置将支持最多18条通路。推荐使用硬电缆(图中有)，在相邻的40 GHz继电器之间建立固定连接。开关组件在这个矩阵中的方位，在所有输入和输出之间保持类似的电气路径长度。这对多路Rx测试尤其有吸引力，以使校准和测试之间的路径到路径差异降到最小。在没有为直通连接打开继电器时，会有50Ω端接。

PCIe Gen5器件(A System或Add-in card)将在多路端口中表现出不同的发射机性能。通常要验证所有通路，以便全面表征链路，识别硅性能、近端或远端串扰过高、布线缺陷等问题。在测试设置中采用RF开关(图3)可以实现多路Tx验证，而且不用工程师或技术人员不断改变连接。

图3. 32 GT/s CEM系统发射机(多路)

A System配置要求把一块一致性测试负载电路板(CLB)插入DUT的CEM连接器中，要求使用电缆从每条通路连接RF开关。Add-in card配置与此类似，但DUT插入一致性测试基本电路板(CBB)中。一对电缆把端接的开关矩阵向回连接到50 GHz示波器。任意波形发生器(AFG)之类的仪器可以自动生成要求的100MHz突发信号，令DUT循环通过不同发射机测量使用的各种数据速率和码型。

开关设置中进行的每个连接都非常重要。由于有插损，所以不建议串联两个以上的继电器进行32 GT/s Tx测试。建议在DUT和RF开关之间使用1米2.92mm电缆(如泰克产品号：PMCABLE1M)，在RF开关和示波器输入之间使用0.5米2.92mm电缆(如泰克产品号：174-6663-01)。可以使用示波器差分快速边沿，配合TekExpress软件执行自动通道到通道时延校正。

(参见DPO-MSO70000选项PCE3、PCE4和PCE5产品技术资料。)

通道中所有电缆、继电器和PCB匹配范围都应落在正负信号路径+/- 1ps范围内。

保持RF开关的50Ω(100Ω差分)连接输入/输出将使通道内部的反射达到最小，但会引入部分插损。32 GT/s信号质量测试不要求实体可变ISI电路板(Gen4测试则要求)，因此要求在示波器上嵌入额外的通道和封装损耗。应执行测试夹具表征(5.0 PHY测试规范附录B中描述)，包括RF开关。基本上会选择一个损耗较低的滤波器文件，实现最坏情况Add-in card损耗(在测试A System时)或最坏情况系统损耗(在测试Add-in card时)。可以使用泰克SignalCorrect解决方案检验通道损耗，包括RF开关矩阵，而不是使用昂贵的VNA。

(参见选项SC SignalCorrect®软件产品技术资料。)

可以使用基于散射参数(S参数)的反嵌技术，去掉RF开关插损的影响。反嵌导致复杂性提高，但改善了准确度，另外还必须考虑噪声放大的影响。如果在继电器到继电器连接之间使用相位匹配的电缆，那么通道到通道间只存在小的电气差异。如果觉得这些差异会影响测量，那么可以考虑自定义通道S参数文件。可以使用SignalCorrect或矢量网络分析仪(VNA)捕获S参数文件，另外也可以由泰克现场项目组提供标称S参数文件。

PCIe Gen5器件(A System或Add-in card)接收机使用精细校准的压力眼图信号进行测试。这个“最坏情况”信号是通过多个校准步骤在参考平面(没有通道)建立的，且使用的“最坏情况”通道必须在34 dB ~37 dB @ 16 GHz。本节将讨论怎样在Rx测试时在这个信号校准中采用端接的RF开关，然后通过多路链路测试DUT。

图4. 32 GT/s CEM Rx测试点

在TP3测试点校准幅度、Tx均衡、随机抖动和正弦曲线抖动要求直接连接Anritsu MP1900A BERT PPG和泰克50 GHz示波器。建议使用1米2.92mm电缆(如泰克产品号：PMCABLE1M)完成这一连接。图5显示了TP3校准连接，这一步中没有包括RF开关。由于RF开关引入了部分电通道差异，因此建议在TP3参考平面前不要包括这一影响。

图5. 32 GT/s TP3压力眼图(基本和CEM)

在TP2P使用差模干扰(DMI)、共模干扰(CMI)和最后的压力眼图校准串扰项。这个测试点来自TP2之后(BERT和示波器之间的物理通道)，但TP2P包括封装嵌入及Rx均衡和时钟恢复的影响。图6在TP2校准中增加了RF开关，其中开关是在测试夹具(基本或CEM)后面引入的。在这个点上，工程师必须确定是需要单次TP2校准(建议用于ZT-8SP6T-40 4U/5U)，还是需要两次以上的TP2校准(最好考虑ZTM2-8SP6T-40不同的电气路径长度)。不建议级联两个以上的继电器进行32 GT/s压力眼图校准。

图6. 32 GT/s TP2压力眼图

建议在BERT和RF开关之间使用1米2.92mm电缆(如泰克产品号：PMCABLE1M)，在RF开关和示波器之间使用短一点的0.5米2.92mm电缆(如泰克产品号：174-6663-01)。可以使用示波器差分快速边沿，配合TekExpress软件执行自动通道到通道时延校正。

在多条通路中使用校准后的32 GT/s压力眼图信号进行接收机测试要求两个RF开关矩阵，如图7所示。在链路是x8或更低的路数时，可以考虑单个RF开关矩阵。来自Anritsu MP1900A PPG的信号必须分发到所有PCIe通路中。器件将处于环回模式，因此数字化信号将通过Tx引脚传回，开关回至BERT误码检测器的单个输入。许多支持32 GT/s的系统会展现一条到误码检测器的高损耗返回通道，要求外部再驱动器均衡信号，以便被测试设备检测到。如果还没要求，引入RF开关可能需要外置再驱动器。

建议在BERT和RF开关之间使用1米2.92mm电缆(如泰克产品号：PMCABLE1M)，在RF开关和示波器之间使用短一点的0.5米2.92mm电缆(如泰克产品号：174-6663-01)。应在DUT Tx和误码检测器之间考虑使用最短的2.92mm电缆。

TekExpress TX自动化软件(参见这里的产品技术资料)提供了内置控制功能，在自动TX测试过程中控制Mini-Circuits开关矩阵。本节旨在引导用户开发自己的自动化软件，在TX或RX测试过程中控制RF开关。