背景介紹

目前應用最廣泛的PCIE總線已經演進到了第4代，傳輸速率大幅提升到了16Gb/s，測試的要求也有了很大的變化。目前PCIE4.0協議分析儀相關的規范正在完善中，2017年10月，PCIE4.0Base Spec Rev1.0已經正式發布，在PCI-SIG組織的Workshop上已經進行了兩次PCIE4.0 Preliminary Workshop，接下來在2018年4月27日舉行的PCI-SIGWorkshop#105會進行首次PCIE4.0FYI Workshop，這標志這PCIE4.0協議分析儀的CEM規范和測試規范將很快確定下來，預定2018年年底，測試規范和測試方法就會完全確定，

在繼續向下之前，有必要澄清一下PCIE規范和PCIE Workshop的一些術語。

每一代的PCIE規范都包括以下三種：

·       Base規范，定義芯片級的PCIE設備的行為特征

·       CEM規范，定義板卡級的PCIE設備的行為特征

·       Test 規范， 定義依據CEM規范的PCIE設備的具體測試方法

PCIE Workshop上進行的電氣測試，一般分為三種，

·       Preliminary workshop，測試設備廠商會根據內部測試流程，測試一些廠商的產品，測試結果不會給廠商，主要目的是測試規范的開發

·       FYI Workshop，在FYI workshop上，廠商可以拿到測試結果，但是這個結果還不能作為最終的一致性測試的結果

·       Compliance Workshop，這是正式的PCIE一致性測試，如果通過測試，產品就可以加入到PCI-SIG的Integratorlist，是符合PCIE會操作性測試的產品

目前PCIE4.0的CEM規范和測試規范還在制定當中，現在一些業內領先的廠商，都已經在開發相應的PCIE4.0的產品，力科也推出了自己的PCIE4.0測試方案，來協助客戶產品的研發。本篇文章，我們就來解讀一下PCIE4.0測試的新的要求和新的方法。

PCIE4.0協議分析儀新的測試要求

   根據目前的測試規范， PCIE4.0物理層測試主要分為4個部分

1.     Transmitter test

2.     Transmitter Link Equalization test

3.     Receiver Link Equalization test

4.     PLL test

  PCIE4.0協議分析儀物理層測試首要設備是高帶寬實時示波器，具體的帶寬要求是CEM規范規定的，PCIE3.0要求的最低帶寬是：13GHz，對于PCIE4.0，要求的示波器帶寬為：25GHz，對于接收端測試需要的設備是一臺高性能的誤碼儀，速率能否覆蓋PCIE4.0的速率，并且能夠提供PCIE4.0測試所需要的碼型和噪聲。

 力科的LabMaster10Zi-A高性能示波器，具有4通道25GHz帶寬，80GS/s的采樣率，而且可以非常容易的升級到36GHz和65GHz，以滿足即將到來的PCIE5.0的測試要求。

   Anritsu的MP1900A誤碼儀支持2.4Gb/s到32.1Gb/s的速率范圍，最多支持16個通道，支持PCIE4.0測試需要抖動注入、噪聲生成、碼型生成和誤碼檢測，同時支持鏈路訓練和鏈路狀態機分析，一臺機器即可完成所有功能。和力科的示波器配合，組成完整的PCIE4.0測試系統，支持PCIE4.0規范要求的所有測試項目。

PCIE4.0測試另一個關鍵部分是自動測試軟件，這里主要涉及的是測試效率，PCIE4.0協議分析儀接收端校準的設置非常繁瑣復雜，手動設置費時費力，必須通過自動化軟件來做。力科的QualiPHYPCIE4-TX-RX可以控制示波器和BERT完整所有的校準和測試，支持Transmittertest、TransmitterLink Equalization test、ReceiverLink Equalization test和PLLtest，提供圖形化的引導界面，自動設置儀器和測試，生成一致性的報告。

PCIE 4.0測試需要的另一個部分就是測試夾具，從PCIE1.0開始，PCI-SIG就有標準的夾具提供，同樣的，PCIE4.0的夾具也可以從PCI-SIG購買，PCIE4.0夾具是全新的夾具，不能用原來的PCIE3.0夾具替代，這里要提到的一點是，PCIE4.0的CBB夾具提供了方便的控制接口，可以外部控制它來完成開關機、復位、碼型和速率切換的動作，可以大大的提高測試效率，原來測試過PCIE3.0的工程師，應該深有體會，手動完成這個有多繁瑣，力科TF-PCIe4-CTRL就是可以協助完成這個功能的轉換器。

         PCIE4.0 完整測試方案

PCIE 4.0 Transmitter測試

Transmitter測試使用的儀器主要是高帶寬示波器，相比PCIE3.0，PCIE4.0 Transmitter測試主要的變化有如下三點：

1.     需要的示波器帶寬更高，需要25GHz帶寬的示波器

2.     增加了transmitterpulse-width jitter測試

3.     需要ISI夾具板來模擬測試通道衰減

在目前的測試規范中，Transmitter pulse-widthjitter還沒有清楚地定義， 等規范完成后，我們會在后面文章中做介紹，現在主要介紹介紹TransmitterSignal Quality 測試和Preset測試。

在介紹測試之前，先介紹一下PCIE4.0的通道， PCIE4.0的通道從主板上的Root complex開始，它是主板上的一個TXRX模塊，通道在主板上延伸到CEM連接器處，從連接器處開始，通道繼續通過插入到連接器上的附加卡上延伸， 一直到附加卡上的End Point，它是附加卡上的一個TXRX模塊。在主板端， 系統能夠允許的最大損耗是20dB,這其中包括了5 dB的Root Complex的封裝損耗，在附加卡端，可允許的最大損耗是8 dB，其中包括3 dB的Endpoint的封裝損耗。所以，原則上，PCIE4.0通道在8GHz時的的總損耗應該小于28 dB, 才能保證信號完整性的要求。

         PCIE 4.0通道

對于PCIE 4.0信號測試來說，要求是要測試到遠端點，模擬最差的狀況，以和實際的應用相一致。以測試附加卡為例，信號離開附件卡之后，還要遭受從CEM連接器到Root complex的額外的20 dB的衰減， Root Complex所在的位置就是我們評估附件卡信號質量的位置。

      附加卡測試

 我們需要用其他的方法來模擬這額外的20 dB損耗，這就需要用到PCI-SIG提供的ISI夾具板和示波器的模擬仿真功能。還是以附件卡測試為例，完整的連接圖如下，15 dB是通過ISI夾具板來模擬實現，5 dB是示波器使用S參數模型來仿真的。

            附加卡測試連接

PCIE 4.0 附件卡的信號質量測試連接圖如下，信號質量測試采用長通道，使用ISI夾具板和S參數模型來模擬通道的損耗，對于Preset測試，則只需要將Lane0直接連接到示波器即可。

            附件卡測試

Transmitter的信號質量測量和Preset測量都可以使用PCI-SIG的Sigtest軟件來測試，針對PCIE4.0的Sigtest軟件還沒有正式發布，目前僅僅只是測試廠商內部評估使用。

對于Preset測試，需要針對每一個Preset，采集1.6MUI的數據，然后使用Sigtest分析，判斷De-emphasis和Preshoot是否在規定的范圍內，中間需要多次的切換，力科的TF-PCIe4-CTRL和QualiPHYPCIE4-TXRX軟件配合，快速自動的完成Preset的切換和測試。

示波器及其測試自動化軟件（TeledyneLeCroy LabMaster 10Zi-A和QualiPHYPCIe4-Tx-Rx）自動運行由PCI-SIG提供的SigTest軟件，SigTest將對采集到的波形執行Preset和信號質量測試，SigTest的運行速度并不快，所以信號質量測試非常耗時。LabMaster 10Zi-A通過其帶有20核CPU的服務器級主板緩解了這一問題，它可以并行運行多個SigTest軟件實例，從而將測試時間從三小時縮短到不超過20分鐘。

對信號質量測試來說，需要至少一種Preset設置通過測試，從我們參加過的Workshop來看，P5或者P6是PCIE4.0的GoldenPreset，相對應的，P7或者P8是PCIE3.0的GoldenPreset.