面对高速链路测试重重挑战，轻松实现PCIe 5自动多路测试

作者：泰克科技

全面表征高速链路，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。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。为使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。

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。

　　图2： ZT-8SP6T-40 4U/5U。

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50W端接。

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，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50W端接。

RF开关矩阵 – Gen5 Tx测试

PCIe Gen5器件（系统主机或插件）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。32 GT/s Base Tx测试（参见图10）的连接与此类似。

图3： 32 GT/s CEM系统发射机（多路）。

系统主机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。插件配置与此类似，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，在RF开关和示波器输入之间使用0.5米2.92mm电缆。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。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50W（100W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，实现最坏情况插件损耗（在测试系统主机时）或最坏情况系统损耗（在测试插件时）。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。

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

图4： 32 GT/s CEM Rx测试点。

PCIe Gen5器件（系统或插件）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。

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。

表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，在RF开关和示波器之间使用短一点的0.5米2.92mm电缆。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。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。

PCI Express Gen5：自动多路测试

保持RF开关的50W（100W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，包括RF开关。基本上会选择一个损耗较低的滤波器文件，实现最坏情况插件损耗（在测试系统主机时）或最坏情况系统损耗（在测试插件时）。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。

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。

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。

图7： 32 GT/s系统Rx LEQ测试（多路）。

建议在BERT和RF开关之间使用1米2.92mm电缆，在RF开关和示波器之间使用短一点的0.5米2.92mm电缆。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。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：USB使用dll （动态链接程序库）；以太网HTTP请求。

基本校准和测试图

图8： 32 GT/s基本根或非根Tx （多路）。

图9： 32 GT/s基本Rx测试点。

图10 32 GT/s TP2压力眼图。

图11： 32 GT/s系统Rx LEQ测试（多路）。