高速数字接口测试,PCIe 测试

PCIe 测试解决方案

测试 PCIe(高速外围组件互连)

在开发和 PCIe 一致性测试过程中测试 PCIe数据传输和信号属性时,示波器满足很多测试要求。对于物理层,网络分析仪能够执行非常准确的信号完整性测试。利用罗德与施瓦茨专有的自动化网络分析仪测试装置,能够显著缩短信号完整性参数的测试时间,并且更加可靠地测试PCIe 电缆和连接器(具有四个或更多通道,使用 5.0 或 6.0 规范)。

PCIe 是规定服务器或电脑主板互连的事实标准,用于主处理器与集成外设(表面贴装芯片)和插入式外设(扩展卡,例如显卡、内存卡或附加板)之间的互连。对于整个行业中的电脑制造商以及芯片和插件供应商来说,开发过程中的 PCIe 接口验证以及后续的功能验证和生产质量控制是一项重要任务。

PCIe 1.0 于 2003 年首次推出,带宽为 8 GB/s,运行频率为 2.5 GHz,传输速率为 2.5 GT/s,PCI-SIG(特别兴趣小组)每隔几年还会发布新的升级版本,每次都会将性能提高一倍。最新版 PCIe 6.0 标准于 2022 年发布,带宽为 256 GB/s,运行频率为 32 GHz,传输速率为 64 GT/s。数据速率表示为每秒的传输次数,而不是比特率。这是因为标准使用的传输编码将数据位转换为大量的传输字符,以减少传输错误,但这也增加了传输的信息量。PCI 1.0 和 2.0 使用 8b/10b 编码,3.0,使用 128b/130b 编码,大幅降低了传输开销。实现直流平衡和有界差异有助于减少传输错误(从长期来看,“1”和“0”的传输量各占一半)。

虽然 128/130b 将协议开销从 25% 降低到 1.5%,但基于协议的传输纠错也随之减少。PCIe 3.0 增加了接收器均衡,以补偿高频下的通道内频率响应。所使用的复杂算法旨在创建与接收器的通道损耗相匹配的数字滤波器。

PCIe 通过插槽中的 1 个或多个通道进行连接。每个通道包含两对差分信号,一对用于发送数据,一对用于接收数据。因此每个通道都被用作全双工数据流,并传输数据包。PCIe 插槽包含 1 到 32 个通道(通道数量为 2 的幂次方)。通道数标有 x 前缀(例如,x16 代表包含十六个通道的插卡或插槽),其中 x16 是常用的最大尺寸。x1 插槽以每周期 1 位的速度传输数据,x16 插槽以每周期 16 位的速度传输数据。无论是插槽还是版本方面,PCIe 都完全向后兼容,数据速率取决于插槽较小或版本较低的标准。

尽管 PCIe 推出了最新版本,但许多产品仍支持不同的旧版标准。例如,3.0 电脑主板最多,其次是 4.0 主板,5.0 主板最少;要求数据速率超过 16 GT/s 的应用数量非常有限。对于运行多种工业和商业设备的简单处理器,PCIe 1.0 提供的性能远超所需。

您的 PCIe 测试挑战

  • 对于具有四个或更多通道,使用 5.0 或 6.0 规范的 PCIe 电缆和连接器,如何在合理的时间内采用适当的测试程序可靠地测试需要进行数百次测量的信号完整性?尤其是考虑到在开发、一致性测试和生产中需要满足不同的测量需求。
  • 如何读取 PCIe 消息的内容?传输编码将数据位转换为大量的传输字符,导致无法直接从数据流读取数据。接收器均衡算法使解码消息内容变得更加复杂。
  • 如何评估数据传输的质量和信号完整性,并检查抖动容限的合规性?
  • 一致性测试包括一系列测试程序,您需要严格遵循这些程序,保证结果有效。您需要保证自己正确进行一致性测试。PCIe 测试程序较为复杂的另一个原因在于,每次测试都需要从多个测试信号中选择一个正确信号。

我们的 PCIe 测试解决方案

对于使用 5.0 或 6.0 规范的 PCIe 电缆和连接器,您可以使用自动化测试装置测量所有必需的信号完整性参数,例如结合使用 R&S®ZNB43网络分析仪进行测量,R&S®OSP320 开放式开关和控制平台进行多端口开关操作,以及 R&S®ZNrun-K440选件实现测试流程的自动化。

R&S®RTO64R&S®RTP 示波器均具备所需性能,可以测试 PCIe 1.0 和 PCIe 2.0. 信号。R&S®RTP 还可以测试 PCIe 3.0 信号。这两款示波器的专用 PCIe 选件支持 PCIe 信号触发和解码,进而调试和验证性能:

  • 对于 PCIe 1.0,使用 R&S®RTO64 或 R&S®RTP(带宽为 6-16 GHz)。使用 K81 选件执行所有 PCIe 1.0 一致性测试,支持所有插槽尺寸 (x1/4/8/16),数据速率最高 2.5 GT/s。使用 K72 选件触发、解码和查找协议细节。
  • 对于 PCIe 2.0,使用 R&S®RTO64 或 R&S®RTP(带宽为 6-16 GHz)。使用 R&S®RTO64(数据速率最高 2.5 GT/s)或使用 R&S®RTP 和 K81 选件(数据速率最高 5.0 GT/s)执行所有 PCIe 2.0 一致性测试,支持所有插槽尺寸 (x1/4/8/16)。使用 K72 选件触发、解码和查找协议细节。
  • 对于 PCIe 3.0,使用 R&S®RTP(带宽为 13-16 GHz)。使用 K83 选件执行所有 PCIe 3.0 一致性测试,支持所有插槽尺寸 (x1/4/8/16),数据速率最高 8 GT/s。使用 K73 选件触发、解码和查找协议细节。使用 K140/K141 选件触发已解码的数据。

示波器带宽是决定待采集信号和测试目的的最重要因素。对于调试应用,带宽应涵盖所需信号基频的 3 次谐波,对于一致性测试,则应涵盖 5 次谐波。

为了更加简单地使用示波器自动执行一致性测试,R&S®ScopeSuite专门提供多种功能:

  • 综合性图形向导为整个一致性测试流程提供指导。
  • 自动控制所有必要的示波器设置和一致性测试序列。
  • 可配置的测试报告记录测试结果。

罗德与施瓦茨还提供高速探头等所有必备附件,以便执行 PCIe 调试、信号完整性测试、验证和一致性测试。

对于 PCIe 接口测试,罗德与施瓦茨网络分析仪(例如 R&S®ZNAR&S®ZNB)的动态范围和最大带宽远超所有 PCIe 要求,能够进行信号完整性测量。这两款分析仪系列的 K2 和 K20 选件支持时域分析,包括眼图和同步频域分析功能。

PCIe 测试解决方案的优势

在从研发到生产的互连和电缆开发的所有阶段,自动化网络分析仪设置能够可靠地处理所有复杂的测试程序,将测试时间缩短到十分之一或更少。

一致性测试结果保证有效,敬请放心。所有罗德与施瓦茨一致性测试选件都全面实施了 PCI 特别兴趣小组 (PCI-SIG) 的官方一致性测试软件,可用于信号质量和参考时钟测试以及数据眼图验证。

一致性测试需要多种测试信号模式。安装任意波形发生器(B6 选件)之后,罗德与施瓦茨示波器能够根据需要自动切换测试信号,既节省了测试时间,又确保始终选择正确的波形。

B7 选件可以用作通道去偏移的脉冲源,补偿较高的 PCIe 频率下示波器通道之间的偏移。

R&S®RTP提供丰富的 PCIe 调试和分析工具组件:

  • 触发和搜索协议细节,例如事务层数据包、数据层
  • 数据包、有序集和错误。提供从比特到最终协议内容的解码等级供您选择,满足您的需求。
  • 传输编码不支持直接从数据流读取数据。R&S®RTP-K140/141是一种功能强大的调试工具,它的时钟数据恢复功能支持从信号中提取嵌入时钟,从而触发解码数据。
  • 接收器均衡补偿接收器的信号完整性损耗,为 PCIe 3.0 提供准确的位恢复和低误码率。触发和解码功能中包含两种最常见的接收器均衡算法:连续时间线性均衡 (CTLE) 和决策反馈 (DFE),包括非线性滤波。
  • 眼图提供简单的图形工具,可以评估数据信号的质量和完整性。借助独特的罗德与施瓦茨示波器数字触发硬件,R&S®RTP-K136/K137能够近乎实时地对 PCIe 等高速数字接口进行眼图分析。
  • PCIe 要求符合抖动容限(信号时序干扰)。使用 R&S®RTP-K133分析抖动。

在从采集信号到信号传输至测量仪器输入端的过程中,由于装置中的探头、适配器和电缆的影响,信号损耗难以避免。频率越高,信号损耗越大。R&S®RTP K122选件简单易用,能够指定待去嵌的组件,从而根据 S 参数计算结果来校正传输损耗。

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