中国香港PCI-E测试检修

PCIe4.0的物理层技术PCIe标准自从推出以来，1代和2代标准已经在PC和Server上使用10多年时间，正在逐渐退出市场。出于支持更高总线数据吞吐率的目的，PCI-SIG组织分别在2010年和2017年制定了PCIe3.0和PCIe4.0规范，数据速率分别达到8Gbps和16Gbps。目前，PCIe3.0和PCle4.0已经在Server及PC上使用，PCIe5.0也在商用过程中。每一代PCIe规范更新的目的，都是要尽可能在原有PCB板材和接插件的基础上提供比前代高一倍的有效数据传输速率，同时保持和原有速率的兼容。别看这是一个简单的目的，但实现起来并不容易。为什么PCI-E3.0开始重视接收端的容限测试？中国香港PCI-E测试检修

项目2.12SystemReceiverLinkEqualizationTest:验证主板在压力信号下的接收机性能及误码率，可以和对端进行链路协商并相应调整对端的预加重，针对8Gbps和16Gbps速率。·项目2.13Add-inCardPLLBandwidth:验证插卡的PLL环路带宽，针对时钟和所有支持的数据速率。·项目2.14Add-inCardPCBImpedance(informative):验证插卡上走线的PCB阻抗，不是强制测试。·项目2.15SystemBoardPCBImpedance(informative):验证主板上走线的PCB阻抗，不是强制测试。接下来，我们重点从发射机和接收机的电气性能测试方面，讲解PCIe4.0的物理层测试方法。多端口矩阵测试PCI-E测试维修pcie3.0和pcie4.0物理层的区别在哪里？

这个软件以图形化的界面指导用户完 成设置、连接和测试过程，除了可以自动进行示波器测量参数设置以及生成报告外，还提供 了Swing、Common Mode等更多测试项目，提高了测试的效率和覆盖率。自动测试软件使 用的是与SigTest软件完全一样的分析算法，从而可以保证分析结果的一致性。图4.15是 PCIe4.0自动测试软件的设置界面。

主板和插卡的测试项目针对的是系统设备厂商，需要使用PCI-SIG的测试夹具测 试，遵循的是CEM的规范。而对于设计PCIe芯片的厂商来说，其芯片本身的性能首先要 满足的是Base的规范，并且需要自己设计针对芯片的测试板。16是一个典型的PCIe 芯片的测试板，测试板上需要通过扇出通道(Breakout Channel)把被测信号引出并转换成 同轴接口直接连接测试仪器。扇出通道的典型长度小于6英寸，对于16Gbps信号的插损 控制在4dB以内。为了测试中可以对扇出通道的影响进行评估或者去嵌入，测试板上还应 设计和扇出通道叠层设计、布线方式尽量一致的复制通道(Replica Channel),复制通道和扇 出通道的区别是两端都设计成同轴连接方式，这样可以通过对复制通道直接进行测试 推测扇出通道的特性。

规范中规定了共11种不同的Preshoot和De-emphasis的组合，每种组合叫作一个 Preset,实际应用中Tx和Rx端可以在Link Training阶段根据接收端收到的信号质量协商 出一个比较好的Preset值。比如P4没有任何预加重，P7强的预加重。图4.3是 PCIe3.0和4.0标准中采用的预加重技术和11种Preset的组合(参考资料：PCI Express@ Base Specification4 .0) 。对于8Gbps、16Gbps 以及32Gbps信号来说，采用的预加重技术完 全一样，都是3阶的预加重和11种Preset选择。PCIE3.0和PCIE4.0应该如何选择？

随着数据速率的提高，在发送端对信号高频进行补偿还是不够，于是PCIe3.0及 之后的标准中又规定在接收端(RX端)还要对信号做均衡(Equalization),从而对线路的损 耗进行进一步的补偿。均衡电路的实现难度较大，以前主要用在通信设备的背板或长电缆 传输的场合，近些年也逐渐开始在计算机、消费类电子等领域应用，比如USB3.0、SATA 6G、DDR5中也均采用了均衡技术。图4 .4分别是PCIe3 .0和4 .0标准中对CTLE均衡器 的频响特性的要求。可以看到，均衡器的强弱也有很多挡可选，在Link Training阶段TX 和RX端会协商出一个比较好的组合(参考资料： PCI ExpressR Base Specification 4 .0)。PCIE物理层链路一致性测试状态设计；山东PCI-E测试保养

PCI Express物理层接口(PIPE)；中国香港PCI-E测试检修

虽然在编码方式和芯片内部做了很多工作，但是传输链路的损耗仍然是巨大的挑战，特 别是当采用比较便宜的PCB板材时，就不得不适当减少传输距离和链路上的连接器数量。 在PCIe3.0的8Gbps速率下，还有可能用比较便宜的FR4板材在大约20英寸的传输距离 加2个连接器实现可靠信号传输。在PCle4.0的16Gbps速率下，整个16Gbps链路的损耗 需要控制在-28dB @8GHz以内，其中主板上芯片封装、PCB/过孔走线、连接器的损耗总 预算为-20dB@8GHz,而插卡上芯片封装、PCB/过孔走线的损耗总预算为-8dB@8GHz。

整个链路的长度需要控制在12英寸以内，并且链路上只能有一个连接器。如果需要支持更 长的传输距离或者链路上有更多的连接器，则需要在链路中插入Re-timer芯片对信号进行 重新整形和中继。图4.6展示了典型的PCle4.0的链路模型以及链路损耗的预算，图中各 个部分的链路预算对于设计和测试都非常重要，对于测试部分的影响后面会具体介绍。 中国香港PCI-E测试检修

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