PCIe传输复杂性日增 高速讯号测试不可或缺

随着PCIe技术的不断进步，其测试验证的复杂性也日益增长。为了满足日益增长的速度需求，每一代PCIe的演进都实现了传输速率的翻倍。如今，全球各地的数据中心已经开始采用最新版本的PCIe 5.0和6.0电缆来连接大量高速数据存储设备。与此同时，电缆制造商也在积极生产，以向客户交付首批PCIe 5.0和6.0电缆。

更高速的传输缆线
PCIe测试验证不仅需要先进的测试设备和技术，还需要严格遵守PCI-SIG规范，以确保测试结果的准确性和可靠性。
为了确保这些高速电缆符合PCIe标准并保证整个系统的正常运行，研发验证、合规性和制造过程都需要进行彻底的测试。每个PCIe链路具有不同数量的通道对，包括1、2、4、8或16对，每对通道由一组差分发送（TX）和一组差分接收（RX）通道组成。以PCIe 6.0电缆为例，采用x8配置的电缆可以实现高达64 GB/s的传输速率。
然而，手动验证高速互连的合规性不仅工作量大，而且容易出错。对于电缆的所有Thru连接以及电缆内部的近端和远程串扰路径，需要进行大量的四埠测量。传统的四端口向量网络分析仪在每次测量时都需要重新连接，并且需要正确终端化未测量的差分对，这无疑增加了测试的复杂性和难度。
在PCIe 5.0/6.0系统行为测试中，某些屏蔽限制值的偏差可能并不关键。通过或失败判定主要取决于整合回波损耗（iRL）和串扰噪声分量（ccICN）等度量。这些度量在PCI-SIG规范中定义，需要从S参数结果计算得出，并需要进行大量的后处理工作。此外，校准测试夹具特性也带来了额外的挑战。
鉴于PCIe系统的重要性，PCI-SIG正在制定用于内部（机箱内部）和外部（机箱到机箱）应用的标准化电缆规范。这些规范包括在32 GT/s和64 GT/s速率下配对的电缆组件和配对线缆连接器的相应电气要求，以确保整个系统的稳定性和性能。
因此，对于PCIe测试验证而言，不仅需要先进的测试设备和技术，还需要严格遵守PCI-SIG规范，以确保测试结果的准确性和可靠性。随着PCIe技术的不断发展，测试验证的难度和复杂性也将继续增加，但这也将推动测试技术的不断创新和进步。

测试设备考虑

 
图一 : 示波器和网络分析仪，是PCIe测试验证中不可或缺的设备。

随着PCIe技术的不断发展，数据速率的提升使得高速串行数据链路的设计愈发复杂。特别是通道拓扑的多样化以及主动组件需要调整的参数数量激增，对设计和测试增加了更高的挑战。
高速信号测试设备，如高性能示波器和网络分析仪，是PCIe测试验证中不可或缺的设备。这些设备能够支持更高的数据传输速率，如PCIe 6.0的64GT/s，并具备足够的采样带宽和精度，以捕捉和分析高速信号中的细微变化。
专门的PCIe测试解决方案也是必不可少的。这些解决方案通常包括一系列的软件和硬件工具，用于仿真、研发和验证PCIe设计的各个方面。此外，误码率测试仪和实时示波器等设备也是PCIe测试中的重要组成部分。BERT能够模拟各种信号条件，以验证被测设备在不同环境下的性能表现，而实时示波器则用于对PCIe信号进行实时采样和分析。
针对PCIe测试验证的最新标准，还需要关注设备供货商发布的最新产品和解决方案。随着PCIe技术的不断发展，新的测试设备和解决方案会不断涌现，以满足更高的测试需求。需要注意的是，为了确保测试的准确性和可靠性，选择设备时除了考虑其性能参数外，还应考虑其是否符合PCI-SIG等权威机构制定的标准和规范。同时，与设备供货商的技术支持团队保持沟通，以确保获得最新的技术支持和解决方案。
PCIe 6.0正在开发中，以满足新兴应用的高速数据传输需求。随着数据速率翻倍和其他增强的性能规格，PCIe 6.0将增加高速互连设计的复杂性。工程师需要选择合适的信号完整性测试解决方案，来验证他们的产品是否符合 PCIe 6.0 标准。为了确保PCIe测试验证的准确性，需要一系列先进的测试设备来支持。这些设备包括：
●误码率测试仪（BERT）和脉冲模式发生器（PPG）：用于进行高精度的特定信号测量。BERT和PPG在PCIe测试中发挥着关键作用，能够模拟和生成各种信号条件，以验证被测设备在不同环境下的性能表现。
●BERT误码检测器（ED）：用于分析Serdes输出的误码率（BER）。ED能够准确检测信号中的错误，并提供误码率数据，?明工程师评估PCIe设备的性能。
●实时示波器：需要采样带宽大于50 GHz，用于对PCIe信号进行实时采样和分析，检测信号的波形、时钟抖动等参数。实时示波器能够提供详细的信号信息，?明工程师诊断和解决潜在问题。

此外，针对PCIe 5.0和6.0等更高级别的测试，还需要支持更高速率和更复杂测试方案的设备。例如，链路均衡训练测试需要BERT模拟一个参考Serdes，并与被测设备（DUT）在PCIe协议的PHY逻辑子区块进行交互。这要求测试设备具有更高等级的仿真和交互能力。除了上述核心设备外，还可能需要其他辅助设备，如测试夹具、校准设备等，以确保测试的准确性和可靠性。
目前测试大厂是德科技（Keysight）就推出了端到端的PCIe 5.0/6.0测试解决方案，涵盖了从仿真到物理层和协议层的测试需求。是德科技的PCIe测试解决方案包括模拟、研发和验证工具，能够支持从PCIe 3.0到PCIe 6.0等各个版本的测试需求。太克科技（Tektronix）则提供了高性能的示波器，用于实时捕获和分析高速PCIe信号。安立知（Anritsu）的PCIe解决方案能够支持PCIe设备的性能评估和一致性测试，确保设备符合相关标准和规范。罗德史瓦兹（R＆S）则与PCI-SIG密切合作，针对PCIe架构的一致性测试提供了广泛的解决方案。这些解决方案不仅可用于一致性测试，还可用于高效验证和系统级设计，包括存在其他接口和无线信号的复杂场景。

加快合规测试速度

 

图二 : 每一代PCIe的演进都实现了传输速率的翻倍。图为PCI-SIG的发展蓝图。

为了准确快速地进行符合PCI-SIG规范的最新一代PCIe 5.0和6.0电缆和连接器的合规性测试，R&S开发新的向量网络分析仪自动化套件选项。例如，对于完全自动化验证PCIe x8电缆，软件可以控制一个由ZNB向量网络分析仪和可扩展的OSP开关矩阵配置组成的测试装置，创建一个具有64个测试埠的多埠VNA解决方案。该解决方案将PCIe x8电缆的测试时间缩短到仅几分钟，包括所有Thru连接、所有串扰组合以及相应的度量计算，以进行通过与失败评估。相比之下，手动测试需要数小时，并且测试工程师可能存在连接错误的重大风险。
新的向量网络分析仪自动化套件选项，可应对PCIe 5.0和6.0电缆和连接器的合规性验证挑战。R&S ZNrun-K440专为根据PCI-SIG规范自动进行PCIe 5.0和6.0内部和外部电缆和连接器的合规性测试而设计，为用户节省了大量时间。测试装置配备四个测试端口，并结合多个开放式开关和控制平台，根据要验证的设备通道数目而定，提供多个四埠测量，而无需重新连接到DUT并重复其它通道的终端电阻插拔。例如，PCIe x8电缆具有16个通道，需要64个测试埠，由三个OSP320平台提供，而PCIe x4电缆只需要两个OSP320平台提供32个测试埠。
R&S ZNrun-K440解决方案自动化符合PCIe规范的所有测量。还包括对定义的PCIe度量进行后处理。测试配置器可对个别信道进行选择和取消选择测试，提供更大的灵活性，以满足研发和验证测试中客户的需求和偏好。自动化测量结束时生成带有通过或失败判定的测试报告。该自动化功能采用新的校准程序，显着减少了校准步骤和校准连接的数量。它还包括了符合PCIe测试规范所需的测试夹具去嵌套方法。

 
图三 : 选择适合的测试设备是确保验证成功的关键。图为GRL，PCI-SIG的官方测试认证机构。

PCIe 6.0基本规格测试系统
安立知也以其讯号质量分析仪 MP1900A 系列，搭配太克科技的实时示波器，以及通过硅验证的 Synopsys PCI Express 6.0 IP，成为一套PCIe 6.0基本规格测试系统。PCIe 6.0利用前向纠错技术，确保SNR讯号之完整性，其结果是评估待测物复杂度更高。更高效率的测试方案，是使用实时示波器执行自动基本规范校准和讯号质量评估，并结合安立知支持纠错分析的MP1900A以实时测量FEC误码率。
MP1900A讯号质量分析仪是一款高性能的误码率测试仪（BERT），可用于测量诸如PCIe 6.0、PCIe 3.0至5.0和USB3.2/4.0等高速运算接口，以及包括400GbE与800GbE等超宽带通讯接口。MP1900A兼具测试重现性和简单的操作等优点，是一款经PCI-SIG认证的仪器，可用于高达PCIe 5.0的一致性测试。

优化信号完整性
在PCIe设计与模拟方面，是德科技提供模拟工具，可以优化PCIe设计的信号和电源完整性。同时，这些工具还能够分析高速IC封装和PCB互连等组件的电磁效应，确保设计的稳定性和可靠性。快速有效地评估PCIe 6.0链路的端对端性能，可以为用户提供有力的设计验证支持。
在PCIe发射器测试方面，PCIe 6.0从NRZ转变为PAM4，眼图高度从PCIe 5.0的15mV缩小到只有6mV，带来了更大挑战。是德提供了优化噪声性能的示波器，能够准确测量低至6mV的眼图高度。此外，Keysight FlexPLL支持速度最快的发射器锁相环（PLL）带宽测量，将测量时间从几小时缩短到数秒，提高了测试效率。

结语
PCIe测试验证需要一系列专业的测试设备支持，这些设备不仅具有高精度的测量和分析能力，还需要支持高速率和复杂测试方案。选择适合的测试设备是确保PCIe测试验证成功的关键之一。
支持PCIe测试验证标准的设备涵盖了高速信号测试设备、专门的PCIe测试解决方案以及BERT和实时示波器等关键设备。在选择设备时，应综合考虑其性能参数、符合标准情况以及技术支持等因素。许多厂商都提供了针对不同PCIe版本和测试需求的解决方案，包括硬件测试设备、仿真软件、验证工具等。随着PCIe技术的不断发展和新版本的推出，测试厂商也会不断更新和升级他们的测试解决方案，来满足市场需求。