Einführung

Umfassende elektrische Konformitätstests für PCI Express 4.0 umfassen Verfahren wie ISI-Board-Charakterisierung (Inter-Symbol Interference), Stressed-Eye-Kalibrierung, Sendertests, Link-Equalization-Tests und PLL-Tests. Befolgen Sie die hier aufgeführten 10 Schritte, um den Erfolg sicherzustellen.

1. Wählen Sie Ihre Instrumente aus

Um nur Sendertests durchzuführen, benötigen Sie ein Oszilloskop wie das Teledyne LeCroy LabMaster 10 Zi-A . Für alle anderen Tests, einschließlich Verbindungsentzerrung und PLL-Tests, benötigen Sie außerdem einen Bitfehlerratentester (BERT). Teledyne LeCroy hat sich mit Anritsu zusammengetan, um eine vollautomatische Lösung basierend auf dem LabMaster 10 Zi-A und dem Anritsu MP1900A SQA-R BERT zu entwickeln.

Ein weiteres nützliches Gerät ist die WavePulser 40iX. Obwohl es während der Konformitätsprüfung nicht verwendet wird, bietet es eine Möglichkeit, das ISI-Board zu charakterisieren. Wenn Sie die spezifischen Beträge der Einfügungsdämpfung durch verschiedene Paare auf der Platine kennen, können Sie die Kanaldämpfungsanforderungen speziell für PCI Express 4.0 erfüllen. Sie können das ISI-Board mit einem VNA oder mit einem TDR charakterisieren, aber der WavePulser 40iX ist kostengünstig und effektiv und hat vier Kanäle und eine Bandbreite von 40 GHz. Für die Messung der 8-GHz-Nyquist-Frequenz für die PCIe-4.0-Datenrate von 16 GT/s funktioniert es sehr gut.

2. Wählen Sie Softwareoptionen

Sie benötigen auch Software für die Konformitätsprüfung, wie z. B. Teledyne LeCroy QualiPHY
PCIE4-TX-RX
Sender- und Empfänger-Compliance-Testsoftware, die ein Schlüssel zur Automatisierung der Messungen mit dem Oszilloskop und BERT ist. zusätzlich ProtoSync Option verbindet die vollständige Protokollanalysesoftware von Teledyne LeCroy mit den elektrischen Spuren des Oszilloskops, sodass Sie sehen können, was auf Paketebene während des Verbindungstrainings vor sich geht, wenn die Daten dekodiert werden.

Bevor Sie mit dem Testen beginnen, vergewissern Sie sich, dass Sie über die neuesten Versionen der Software und Instrumentenfirmware verfügen, um mit Fehlerkorrekturen und Änderungen im Standard Schritt zu halten. Stellen Sie insbesondere sicher, dass Sie die neueste Version von haben SigTest ; Zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Artikels ist die neueste Version für PCIe 4.0 4.0.52.

3. Testplatinen bestellen

Die PCI-SIG bietet das 4.0-CEM-Kit an, das alle Testplatinen enthält, die Sie benötigen: die PCIe-CLB-konformen Ladeplatinen, die CBB-konforme Basisplatine und die PCI-VAR-ISI-Platine (Abbildung 1).

4. Sammeln Sie Zubehör und Kabel

Sie benötigen außerdem einige Zubehörteile, wie z. B. das Controller-Modul TF-PCIE4-CTRL, das an den Aux-Eingang des Oszilloskops angeschlossen wird und drei Anschlüsse zum Steuern der Stromversorgung, des Zurücksetzens und der Modusumschaltung für Ihre Geräte enthält. Ein 100-MHz-Impuls wird verwendet, um das zu testende Gerät umzuschalten, wodurch Sie ändern können, welche Testmuster erzeugt werden. Das Ändern dieser Modi erfordert manchmal auch das programmgesteuerte Zurücksetzen des Geräts oder das Steuern der Stromversorgung zum Zurücksetzen des Geräts.

In Bezug auf die Kabel stellt Abbildung 2 einen komplexen Testaufbau für den anfänglichen Entzerrungstest des Senders dar, der alle Kabel darstellt, die Sie benötigen, einschließlich eines SMA-zu-BNC-Kabels, das vom BERT PPG-Ausgang zum Aux-Trigger-Eingang des Oszilloskops verläuft. Darüber hinaus laufen mehrere Sätze phasenangepasster SMA-Kabel vom BERT zu den Testplatinen und andere Kabelsätze zurück zum Oszilloskop. Weitere notwendige Komponenten sind Leistungsteiler und DC-Blöcke.

5. Charakterisieren Sie das ISI-Board

Der nächste Schritt ist die Charakterisierung des ISI-Boards. Eine Charakterisierung ist erforderlich, da sich der Verlust durch ein Paar FR4-Leiterbahnen je nach Umgebung und insbesondere Feuchtigkeit fast verdoppeln kann. Wenn Sie sich in einer feuchtigkeitskontrollierten Umgebung befinden, müssen Sie das ISI-Board möglicherweise nicht sehr häufig charakterisieren. Wenn Sie sich in einer nicht kontrollierten Umgebung befinden, sollten Sie dies möglicherweise regelmäßig tun, bevor Sie mit dem Testen beginnen. Wenn Sie diese Platinen gerade erst von PCI-SIG erhalten haben, sollten Sie sie vielleicht ein oder zwei Tage ruhen lassen, bevor Sie Ihre Messungen vornehmen.

Beachten Sie, dass der volle Systemverlust für PCI Express 4.0 28 dB beträgt, wobei 8 dB von der Zusatzkarte (einschließlich 3 dB Paketverlust) und 20 dB von der Systemplatine kommen (einschließlich 5 dB Paketverlust). . Um Sie durch den Charakterisierungsprozess zu führen, bietet die PCI-SIG eine interaktive Tabelle (Abbildung 3). Sie geben Messwerte in die Felder mit fetten Umrandungen in Spalte C ein, und die Tabelle führt die Berechnungen durch und zeigt, wie nah Sie an den Zielwerten sind. Die Registerkarten der Tabellenkalkulation enthalten Diagramme, die zeigen, wie Sie Ihr Instrument mit der Platine verbinden.

Abbildung 4 ist eine Kurzkanal-Einfügedämpfungsmessung des WavePulser 40iX, die zeigt, dass die Einfügungsdämpfung bei 8 GHz -1.628 dB beträgt. Der Setup-Teil des Displays zeigt eine Endfrequenz von 10 GHz mit 2,000 erfassten Punkten. Das Instrument ist auch darauf eingestellt, Passivität, Reziprozität und Kausalität zu erzwingen, was dazu beiträgt, die Spur zu glätten und einen aktiven Gewinn zu verhindern. Die Ablaufsteuerung ist auf normal eingestellt.

Abbildung 5 zeigt den WavePulser 40iX-Aufbau für eine vollständige Systemmessung, einschließlich der ISI-Platine mit kurzen und langen Spuren auf beiden Seiten der CBB- und CLB-Platinen. Für diesen Aufbau beträgt die Einfügungsdämpfung etwa 27.44 dB.

Abbildung 5. Das WavePulser 40iX-Setup (links) zeigt eine Einfügungsdämpfung von etwa 27.44 dB (rechts).

6. Schließen Sie den BERT an

Im nächsten Schritt müssen Sie den BERT an das Oszilloskop anschließen und sicherstellen, dass QualiPHY (auf dem Oszilloskop installiert) den Betrieb des BERT automatisieren kann. Das Oszilloskop kommuniziert mit dem BERT über NI VISA, das Sie herunterladen und installieren müssen, falls es noch nicht installiert ist. Die physische Verbindung ist einfach eine Ethernet-Verbindung. Notieren Sie sich die IP-Adresse (Sie können sie manuell auf 10.10.10.1 einstellen), da Sie sie in QualiPHY eingeben müssen.

Wenn der BERT eingeschaltet wird, sollte er standardmäßig die Standard-BERT(SI)-Anwendung starten, die ein Popup-Fenster mit der Verdrahtung und Verkabelung anzeigt, die zum Anschließen der Instrumentenmodule erforderlich sind. Starten Sie dann die Anritsu MX183000A Hochgeschwindigkeits-Testsoftware für serielle Daten und verwenden Sie das Anwendungsauswahl-Tool, um „PCIe Link Training“ aus einer Dropdown-Liste auszuwählen.

7. Starten Sie QualiPHY und beginnen Sie mit der Kalibrierung

Der nächste Schritt besteht darin, QualiPHY auf dem Oszilloskop zu starten. QualiPHY-Konfigurationen wählen automatisch die Kalibrierungen und Tests aus, die für Ihren Gerätetyp erforderlich sind, und ermöglichen Ihnen gleichzeitig die einfache Bearbeitung von Variablen, die für Ihren Testaufbau einzigartig sind, wie z. B. die IP-Adresse des BERT (Abbildung 6).

Abbildung 6. QualiPHY automatisiert Tests wie Preset, Rj- und Sj-Kalibrierung (links). Sie können ganz einfach Variablen bearbeiten, die für Ihr Setup einzigartig sind, wie z. B. die BERT-IP-Adresse (rechts).

 

Wenn die Software läuft und das Oszilloskop mit dem BERT kommuniziert, kann der Kalibrierungsprozess beginnen. Für aufeinanderfolgende Schritte während des Prozesses stellt QualiPHY Verbindungsdiagramme vor. Abbildung 7 zeigt beispielsweise die erforderlichen Verbindungen für den Kalibrierungsprozess für Gegentaktstörungen (DMI) und Gleichtaktstörungen (CMI), der Leiterbahnpaare auf dem ISI-Board verwendet. Der Kalibrierungsprozess wird bis zur abschließenden Augenkalibrierung fortgesetzt, bei der das System die Gesamthöhe und -weite der Augenöffnung betrachtet.

8. Beginnen Sie mit den Sendertests

Als nächstes können Sie mit den Sendertests beginnen, für die Sie sowohl 8 GT/s- als auch 16 GT/s-Preset-Tests und Signalqualitätstests sowie 16 GT/s-Impulsbreiten-Jitter-Tests festlegen können. Wie beim Charakterisierungsprozess stellt QualiPHY Anschlussdiagramme bereit, wenn Testaufbauten geändert werden müssen. Für die Gen 3 8 GT/s-Tests modelliert die SigTest-Software den Signalverlust des gesamten Kanals, und Sie benötigen das ISI-Board nicht. Sie benötigen es für die Gen 4 16 GT/s-Tests, und wenn QualiPHY mit diesen Tests beginnt, zeigt es ein Anschlussdiagramm (Abbildung 8) an, das zeigt, wie die Verbindung zum ISI-Board hergestellt wird. Die Sendertests können pro Spur eine Stunde dauern. QualiPHY zeigt einen Fortschrittsbalken an und listet Tests auf, die bestanden oder fehlgeschlagen sind, während der Test fortschreitet.

Nach Abschluss der Tests erstellt QualiPHY einen HTML-Bericht, der den Pass/Fail-Status der verschiedenen Tests auflistet und Hyperlinks zu weiteren Details für jeden Test bereitstellt. Es zeigt auch Augendiagramme an, wie das in Abbildung 2.5 gezeigte für ein Übergangsbit bei 0 GT/s auf Spur 9.

9. Starten Sie die Link-Equalization-Tests

Der nächste Schritt besteht darin, drei Sätze von Verbindungsentzerrungstests durchzuführen. Senderinitialisierung TX EQ testet Prüfmuster auf Entzerrung. Für Entzerrungsantworttests der Übertragungsstrecke ändert das protokollfähige BERT die Gerätevoreinstellungen und ermöglicht Zeitmessungen auf dem Oszilloskop. Diese Tests verwenden den in Abbildung 2 gezeigten komplexen Verkabelungsaufbau. Für die dritte Testgruppe, die Receiver-Link-Equalization-Tests, versetzt das BERT das Gerät in einen Loopback-Modus, lässt ein gestresstes Auge durch einen ISI-Kanal laufen und überprüft, ob die Bit- Fehlerquote ist akzeptabel. Bei der Generierung eines Berichts der Ergebnisse nutzt QualiPHY den PCIe-Protokolldecoder, um eine eingehende Analyse zu ermöglichen, indem der Datenverkehr auf dem PCIe-Bus vollständig decodiert wird, sodass Sie Protokollnachrichten sehen können – nicht nur 1s und 0s. Das Zeitdiagramm in Abbildung 10 zeigt beispielsweise, dass die Änderung der Voreinstellung P0 115 ns benötigte, was deutlich innerhalb der 1-s-Grenze liegt.

10. PLL-Test durchführen

Schließlich können Sie PLL-Bandbreitentests auf einer Zusatzkarte durchführen. Der Test wendet einen kalibrierten sinusförmigen Jitterwert an und misst den periodischen Jitter am Sender des Geräts. Das Ergebnis ist ein Kurvendiagramm, das die Größe des Jitters bei jeder Frequenz darstellt, das Sie mit der Spezifikation vergleichen, um festzustellen, ob das Gerät besteht.

Fazit

Das Testen der elektrischen Konformität von PCI Express 4.0 ist ein anspruchsvoller Prozess, der die richtige Kombination von Instrumenten, Software, Testplatinen und Verkabelung erfordert. Um den Prozess zu beschleunigen, können Sie das Teledyne LeCroy LabMaster 10 Zi-A-Oszilloskop und das Anritsu MP1900A SQA-R BERT kombinieren und die Instrumente mit der QualiPHY-Software automatisieren. Die Software führt Sie durch den Prozess, zeigt Anschlussdiagramme an und erstellt umfassende Berichte.

Hinweis: Dieser Anwendungshinweis basiert auf dem Video So führen Sie PCI Express 4.0-Konformitätstests durch . Das Video enthält alle Details zu Testaufbauten sowie Schritt-für-Schritt-Anleitungen zur Verwendung der Software.