發送端符合規格,為什麼接收端還要另做測試?
發送端符合規格,為什麼接收端還要另做測試?
選擇步驟後,圖中對應的元件與下方解說會加上重點標示。完整圖與所有解說會持續顯示;也可用方向鍵切換步驟。
先認出實際通道與 Rx,再看校準時另接的 Replica/模型路徑。時脈架構是兩種評估都要保留的條件。
作者繪製的關係圖。上方是實際 Rx 接收路徑,下方是另行校準的模型路徑;沒有把等化模型接到 DUT 的實測輸出後。
Rx(Receiver,接收端)看到的是訊號走過通道後的結果。接收能力要和通道損耗、等化及 Refclk(Reference Clock,參考時脈)一起檢查;單看發送端波形,還沒有走完整條訊號路徑。
先選擇通道模型
若通道不是 captive,須使用相應外形規格;Base 的這段模型不能自行覆蓋所有連接器與插卡條件。
§8.5.1 先分 captive channel(平台設計涵蓋的完整通道)與由外形規格分工的通道。
Base 6.0 §8.5.1,pp.1400–1402;Figures 8-56、8-57,p.1401。
確認接收端的觀察點
量測接點與接收判決位置不同;不能把接點上閉合的眼圖直接當成接收器必然失效。
§8.4.1 定義不同速率的 recovered eye 參考點。Figure 8-26 分開實際 Rx 路徑與 TP2 經模型得到 TP2P 的校準路徑;完整案例會依序帶讀。
Base 6.0 §8.4.1–8.4.1.1、Figure 8-26,pp.1357–1358。
加上時脈架構及濾波條件
濾波模型是用來描述符合性條件,不要求所有晶片採相同內部電路。
Refclk(提供系統參考的時脈)有共同與獨立架構;§8.6.5 說明原始資料須考慮哪些濾波。
Base 6.0 §8.6.4–§8.6.5,p.1426。
先分清校準眼圖與接收器測試結果
Rx(Receiver,接收端)測試先建立一個符合指定壓力的輸入,再用這個輸入測實際接收器。Stressed eye(加入指定損耗、抖動與干擾的眼圖)校準成功,只代表測試刺激已準備好;DUT(Device Under Test,待測元件)的接收結果要在下一階段取得。
§8.4.1 把 recovered eye(恢復眼圖)定義在接收判決輸入。2.5/5.0 GT/s 對應 Rx pins;8.0、16.0、32.0、64.0 GT/s 則對應套用行為接收等化後的 die pad 訊號。較高速率的這個位置無法直接探測,規格因此用量測加模型建立等效眼圖。
本章接著示範 16.0 GT/s。前章已說明差分電壓與量測參考點,這裡只保留接收測試需要的背景,再把校準通道、模型眼圖與 DUT 測試接起來。
Base 6.0 §8.4.1 Receiver Stressed Eye Specification(p.1357);§8.4.2.1 Procedure for Calibrating a Stressed EH/EW Eye(pp.1376–1379);§8.4.2.2 Procedure for Testing Rx DUT(p.1382 起)。
16.0 GT/s Endpoint:從通道選表到 DUT 測試
【模擬資料】以下資料為教學用途建立,不代表特定硬體或平台。待測元件是一個支援 32.0 GT/s 的 Endpoint,本次測它的一條 Rx Lane,速率設為 16.0 GT/s,採 Common Refclk(共同參考時脈,以下簡稱 CC)。訊號由測試來源送入 Endpoint;通道與眼圖讀值均為作者建立。
第一步:依接收元件類型選 Table 8-8 的列
先到 §8.4.1.2,找 Table 8-8 的 16.0 GT/s Non-Root Port 列。選列依據是待測 Endpoint 的類型,不是圖樣產生器的位置。這列在 1 GHz 的校準通道損耗範圍是 4.2–5.2 dB,8 GHz 則是 24.5–25.5 dB;Root Port 在 8 GHz 的條目不同。
| 頻率 | 假設 SDD21 讀值 | 以正值表示的損耗 | 本例選列的名目範圍 |
|---|---|---|---|
| 1 GHz | −4.7 dB | 4.7 dB | 4.2–5.2 dB |
| 8 GHz | −25.0 dB | 25.0 dB | 24.5–25.5 dB |
SDD21 表示差分輸入到差分輸出的傳輸特性;本例以負 dB 記錄衰減,而表格以正值列損耗。兩個取樣點落在名目範圍內,但還要核對完整遮罩、回波損耗與通道條件。Figure 8-27 是 8.0 GT/s 的示例,讀它的頻率軸、損耗軸與邊界讀法即可;本例的數值要回到 16.0 GT/s 那一列。
§8.4.1.2 另要求 16.0/32.0/64.0 GT/s 的校準通道提供一系列損耗選項,範圍至少從高頻名目下限再少 2 dB,到高頻名目上限再多 3 dB。因此本例至少涵蓋 22.5–28.5 dB,相鄰選項差不得超過 0.5 dB。這些選項供後續調整壓力使用;單獨量到 25 dB 還沒有完成整個眼圖校準。
第二步:沿 Figure 8-26 區分 TP2 與 TP2P
先沿上方校準路徑,從來源經校準通道、Replica Channel(重現引出通道特性的參考通道)到 TP2。TP2 是可量測的資料;後處理再加入 behavioral Rx package(行為接收封裝模型)、Rx equalization 與 CDR(Clock and Data Recovery,時脈與資料恢復)模型,才建立 TP2P 的等效恢復眼圖。這些模型不表示 DUT 內部必須使用相同電路。
再看下方測試路徑:校準完成後,纜線改接到實際 DUT 的 Breakout Channel,最後讀 DUT 的 BER(Bit Error Rate,位元錯誤率)結果。上方的封裝與等化模型不是串在 DUT 後面的實體元件,也不能再重複加到實測 BER 上。
損耗參考點要分欄記錄。§8.4.1.2 以 TP3 到 TP2 描述校準通道的 SDD21;§8.4.2.1 又特別說明,16.0 GT/s 的總通道損耗保留將 TP1–TP3 纜線計入的既有測法,32.0/64.0 GT/s 則把該纜線視為產生器的一部分。前表只帶讀通道名目條目的兩個頻點,不是後續每一步總損耗的替代值。
第三步:從 Table 8-10 找目標,再讀 Note 4 與 Note 8
選 16.0 GT/s 欄:TRX-UI=62.5 ps、目標眼寬 TRX-ST=0.30 UI、目標眼高 VRX-ST=15 mVPP。EH 是 Eye Height(眼高),EW 是 Eye Width(眼寬);所以本例的名目眼寬為 0.30 × 62.5 = 18.75 ps。
Note 4 指定這些目標參照 TP2P,不能拿 TP2 的原始開口直接比較。Note 8 則要求校準 EH/EW 時關閉共模干擾,完成後在 stressed-eye jitter test 再開啟。本例的 VRX-CM-INT 是 120 MHz、150 mVPP 的單音共模干擾,且依 Note 8 在 TP2 量測、不作後處理;因此,校準紀錄與測試紀錄要各自保留共模干擾的開關狀態與幅度。
接著讀 §8.4.2.1 的 16.0 GT/s 步驟:先以適用的壓力設定與通道開始,依模型眼圖選 Tx preset(預先定義的等化組合),逐步增加通道損耗,再依規則重選 preset、調整 Sj(Sinusoidal Jitter,正弦抖動)、差分干擾與擺幅,取得合法的最後組合。Figure 8-42 把這些調整位置畫在來源、通道與後處理旁;閱讀時要把每個箭頭連回它實際改變的條件。
第四步:多次量測的平均值,確認的是校準視窗
假設其餘校準步驟與工具要求均已按本次條件完成,下面只摘出同一個最終設定的五次 TP2P 結果,均為後處理模型在 10−12 BER 對應條件下的眼圖;實際 DUT 錯誤率另於第五步測試。§8.4.2.1 要求至少五次量測,實際次數還要足以得到穩定值;16.0 GT/s 的最終平均眼高容許 15 ± 1.5 mV,平均眼寬容許 18.75 ± 0.5 ps。
| 校準量 | 五次假設讀值 | 平均值 | 最終平均值視窗 |
|---|---|---|---|
| EH | 14.5, 15.0, 15.5, 15.2, 14.8 mVPP | 15 mVPP | 13.5–16.5 mVPP |
| EW | 18.5, 18.8, 18.9, 18.6, 18.95 ps | 18.75 ps | 18.25–19.25 ps |
兩個平均值均符合最後視窗。在通道、壓力與 preset 選擇等校準步驟也完成的前提下,這組設定可接著用於 DUT 測試。若平均值不符,就先調整測試壓力再量;這一步處理的是測試訊號,尚未取得 Endpoint 的接收結果。
第五步:改接 DUT 後,再確認接收結果與掃頻範圍
§8.4.2.2.1 要求 BERT(Bit Error Rate Tester,位元錯誤率測試器)的 Tx 使用 Modified Compliance Pattern。校準時固定的 Tx preset,進入 DUT 測試後可依規則調整,讓實際接收器取得較好的眼圖餘裕;共模干擾等測試條件也須切換到測試階段的設定。依 §8.4.2,測 Rx 時 DUT 的其他 PCIe Lanes 須收送資料;其他 I/O 的活動則是建議,兩者的要求強度不同。
本例採 16.0 GT/s、CC,且元件支援 32.0 GT/s,因此沿 Figure 8-45 查 Sj mask。先看橫軸頻率與縱軸 Sj 幅度(單位是 UI),再讀 §8.4.2.2.1:CDR 初始鎖定後須按適用規則改為掃頻條件;33 kHz 必須測試,並不是在其他掃頻測點持續疊加的背景 tone。16.0 GT/s 的 210 MHz 附加 tone,幅度取校準時 100 MHz Sj 幅度減去 0.1 UI;若校準 Sj 低於 0.1 UI,則不加這個 tone。這項設定要從校準紀錄帶入,不能只留下最後 EH/EW。
假設 DUT 報告只留下「CDR 已鎖定」及「某個掃頻測點未觀察到錯誤」。目前仍缺測試量、錯誤計數、其他所選頻點與完整壓力條件。16.0 GT/s 的目標是適用掃頻範圍內 BER 符合 10−12;規格不要求逐一測遍連續頻率,但應選足夠測點以涵蓋可能的共振失敗,且 33 kHz 是明確必測點。單一零錯誤摘要還不足以完成這項判定。
Base 6.0 §§8.4.1.1–8.4.1.2、Figure 8-26 Rx Test board Topology for 16.0 and 32.0 GT/s、Table 8-8 Calibration Channel IL Limits(pp.1357–1361);§8.4.2.1、Figure 8-42 Layout for Calibrating the Stressed Jitter Eye at 16.0, 32.0, and 64.0 GT/s(pp.1376–1379);Table 8-10 Stressed Jitter Eye Parameters、Notes 4/8(p.1380);§8.4.2.2.1 Sj Mask(pp.1382–1385)、Figure 8-45(p.1385)。
校準通道、實際平台通道與外形規格,怎麼接起來?
前面的校準通道用來產生接收測試的壓力;平台通道是否合格,還要按 §8.5.1 的範圍判讀。Captive channel 指平台設計涵蓋 Tx pin 到 Rx pin 的整段通道。若設計由不同板卡或元件分擔,須接上適用的 form-factor specification;CEM 是一個例子,該分工情境由外形規格優先定義。本章沒有用未提供的外形規格補上板卡數值。
沿 Figure 8-56/8-57,先取得通道特性,再加入 Tx/Rx 的行為封裝模型,成為 die pad 到 die pad 的拓撲;模型還須包含受干擾路徑與足夠的串擾來源。最後套用適用的發送條件、接收等化及時脈恢復,才看接收判決位置的眼圖。
Figure 8-57 的正式標題只列 8.0 與 16.0 GT/s;鄰近文字才進一步列出 32.0/64.0 GT/s 的模型要求。以本例 16.0 GT/s 為例,通道模擬使用 first-order CTLE(連續時間線性等化器)與 two-tap DFE(兩個抽頭的判決回授等化器)作最低能力模型。這是規格的驗證模型,不是指定 DUT 的電路結構;也不能把前章的 Tx 測試通道直接當成本章的 Rx 校準通道。
Base 6.0 §8.5.1 Channel Compliance Testing(pp.1400–1402);Figure 8-56 Flow Diagram for Channel Tolerancing at 2.5 and 5.0 GT/s、Figure 8-57 Flow Diagram for Channel Tolerancing at 8.0 and 16.0 GT/s(p.1401);§8.5.1.1 Behavioral Transmitter and Receiver Package Models(p.1402 起)。
共同時脈會改變哪些觀察條件?
Refclk(Reference Clock,參考時脈)不只是示意圖的一條連線。§8.6.6 的 Common Refclk 架構把同一來源分配給 Tx 與 Rx,部分低頻變動會共同傳遞;最後到接收判決位置的相對時序,還受 Tx/Rx PLL(Phase-Locked Loop,鎖相迴路)、CDR 與傳輸延遲差影響。
讀 Figure 8-89 時,先找共同來源分到兩端的路徑,再找 Tx 資料路徑與 Rx 取樣時脈路徑的差異。§8.6.5 又把後處理分成兩類:edge filtering 減少量測取樣造成的誤差;另一類用行為模型描述 PLL、CDR 與適用的 transport delay。這些濾波組合得到判決位置的有效 Refclk jitter,不是把所有原始 jitter 直接相加。
§8.6.4 在此沒有為 Independent Refclk(IR,獨立參考時脈)定義相同的 Refclk 傳遞函數與對應 jitter limits;這不表示 IR 沒有其他發送或接收要求。本例若改為 IR,就要重新選 Sj profile 與適用模型,不能沿用 CC 的 Figure 8-45。前章 Chapter 20 已帶讀 Tx 的時脈取樣選表,本章不重複那套流程。
§8.6.1 的 Refclk 測試對象是時脈來源,本節的 DUT 測試對象則是 Rx;兩種測試的參考點與結果應分開保存。只有各自的條件齊全,才能把時脈、通道與接收結果串成同一條分析路徑。
Base 6.0 §8.6.1 Refclk Test Setup(p.1420);§8.6.4 Refclk Architectures Supported、§8.6.5 Filtering Functions Applied to Raw Data(p.1426);§8.6.6 Common Refclk Rx Architecture (CC)、Figure 8-89 Common Refclk Rx Architecture for all Data Rates Except 32.0 and 64.0 GT/s(p.1428)。
版本與來源
本章以 PCI Express Base Specification Revision 6.0(6.0-1.0-PUB)為準,所列印刷頁碼與 PDF 檢視器頁碼相同。案例讀值、假設與階段摘錄均為作者建立,不是實測報告或合規證明。
本章閱讀位置與用途
- §8.4.1(p.1357):各速率 recovered-eye 參考點;§§8.4.1.1–8.4.1.2、Figure 8-26、Figure 8-27 Example Calibration Channel IL Mask Excluding Rx Package for 8.0 GT/s、Table 8-8(pp.1357–1361):校準通道與量測位置。
- §8.4.2 Stressed Eye Test、§8.4.2.1(pp.1376–1379):來源、通道、preset 與壓力調整;16.0 GT/s 的最後平均值視窗見 p.1377,纜線計入方式見 p.1376。
- Table 8-10(pp.1380–1381):目標、單位與 Note 4/8 的參考點及共模切換;§8.4.2.1.1 Post Processing Tool Requirements(p.1381):校準工具一致性要求。
- §8.4.2.2、§8.4.2.2.1(pp.1382–1385):DUT 的圖樣、鎖定與 Sj 測試;Figure 8-45 Sj Mask for Receivers Operating in CC mode at 16.0 GT/s(p.1385)。
- §8.5.1、Figures 8-56/8-57(pp.1400–1402):平台通道與最低能力模型;§8.6.1、§§8.6.4–8.6.6、Figure 8-89(pp.1420、1426–1428):Refclk 測試、架構與濾波。