干货分享|PCI Express Gen5：自动多路测试白皮书

全面表征高速链路，如PCI Express®，要求透过被测链路的多条不同通路执行发射机(Tx)和接收机(Rx)测量，这给全自动测试环境带来了挑战，因为必须在实体上改变不同通道之间的同轴电缆连接。采用RF开关矩阵可以在改变物理连接的同时进行多路测试，并实现自动软件测试。

本文描述了怎样使用Mini-Circuits®的RF开关扩展自动多路测试的测试环境，以及怎样扩展到其他RF开关模块和技术。

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。

重点介绍

本文将重点介绍x16测试要求的RF开关配置。这些开关型号将支持最多18条通路(PCIe最高一般是x16)，也将支持较低的通路数。推荐用硬电缆在不同开关组件之间建立固定连接，硬电缆可以向Mini-Circuits索取获得。本文前面给出了CEM测试图，但这些技术也适用于BASE测试，本文最后部分给出了对应图。

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。

RF开关矩阵 – Gen5 Tx测试

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。

RF开关矩阵 – Gen5 Rx测试

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。

图7. 32 GT/s系统Rx LEQ测试(多路)

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。

怎样与Mini-Circuits建立通信

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。

怎样连接：可以通过两种方式与Mini-Circuits开关通信：

1. USB使用dll (动态链接程序库)；

2. 以太网HTTP请求。

限于本文篇幅，连接指令等细节操作介绍及文中提及的技术资料请大家扫码下载完整版白皮书学习！

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