目 录 检 验 调 试 和 一 致 性 测 试 PCI EXPRESS 设 计...3 结 构 和 规 范 概 述...4 物 理 层 的 特 点...5 物 理 层 一 致 性 测 试 : 数 字 领 域 的 模 拟 视 图...8 检 验 和 一 致 性 测 量...8 幅 度 测 量...9

介 绍 PCI Express 测 量

目 录 检 验 调 试 和 一 致 性 测 试 PCI EXPRESS 设 计...3 结 构 和 规 范 概 述...4 物 理 层 的 特 点...5 物 理 层 一 致 性 测 试 : 数 字 领 域 的 模 拟 视 图...8 检 验 和 一 致 性 测 量...8 幅 度 测 量...9 定 时 测 量...9 抖 动 测 量...10 实 时 眼 图 和 模 板 测 试...14 噪 声 及 其 对 抖 动 的 影 响 如 何?...14 频 域 测 量...15 接 收 机 灵 敏 度 和 抖 动 容 限 测 量...16 在 模 拟 测 量 中 保 证 信 号 保 真 度...17 连 接 串 行 被 测 设 备...18 模 拟 采 集 考 虑 因 素...22 PINPOINT 触 发 和 数 据 解 码 工 具 调 试 链 路...25 定 位 和 触 发 误 码...25 检 验 和 触 发 8B/10B 符 号...26 数 字 检 验 和 调 试...27 探 测 意 味 着 进 行 适 当 连 接...28 采 集 信 号 : 从 分 组 信 号 到 并 行 信 号...30 触 发 是 调 试 效 率 的 关 键...30 分 析 结 果...31 PCI EXPRESS 测 量 解 决 方 案 概 述...33 示 波 器...33 实 时 (RT) 示 波 器...33 等 时 (ET) 取 样 示 波 器...34 信 号 源...34 逻 辑 分 析 仪...35 小 结...35 2 www.tektronix.com/oscilloscopes

检 验 调 试 和 一 致 性 测 试 PCI Express 设 计 随 着 第 一 代 (Gen1) PCI Express 部 署 的 顺 利 进 行, 业 内 已 经 成 功 地 实 现 了 各 种 元 器 件 系 统 和 板 卡 现 在, 市 场 上 提 供 了 拥 有 PCI Express 插 槽 的 主 板 和 笔 记 本 电 脑 及 可 以 广 泛 选 择 的 采 用 这 种 新 型 扩 展 槽 的 图 形 处 理 器 单 元 (GPUs) 和 网 卡 在 短 短 几 年 内 成 功 地 部 署 Gen1 设 备 在 一 定 程 度 上 可 以 归 功 于 厂 商 实 验 室 及 PCI-SIG(PCI 特 殊 利 益 集 团 ) 赞 助 的 接 插 集 会 (plug fests) 对 设 备 测 试 作 出 的 巨 大 投 入 PCI-SIG 已 经 成 功 地 实 现 了 PCI Express 板 卡 电 气 机 械 规 范 (CEM) Rev1.0a 版 的 一 致 性 和 互 操 作 能 力 测 试, 多 家 厂 商 已 经 成 功 地 入 选 SIG 集 成 商 清 单 在 Rev1.0a 部 署 过 程 中, 很 明 确 必 需 对 规 范 作 出 部 分 改 动 ( 主 要 是 物 理 层 ), 以 保 证 不 同 PCI-E 设 计 之 间 更 加 可 靠 地 通 信 基 本 规 范 和 CEM 规 范 Rev1.1 现 在 已 经 植 入 这 些 变 动,SIG 已 经 开 始 在 讨 论 会 中 根 据 Rev1.1 规 范 进 行 测 试 PCI-SIG 正 在 审 核 第 二 代 基 本 规 范 和 CEM 规 范 及 第 一 个 能 够 通 过 外 设 对 总 线 扩 容 的 布 线 规 范 Gen2 把 基 本 信 令 频 率 提 高 了 一 倍, 从 2.5 Gb/s 提 高 到 5 Gb/s, 在 系 统 设 计 中 增 加 电 缆 则 进 一 步 提 高 了 复 除 了 入 选 集 成 商 清 单 要 求 的 PCI-SIG 合 格 / 不 合 格 指 标 外, 各 厂 商 还 必 须 在 许 多 条 件 下 检 验 自 己 的 设 计 例 如, 您 的 设 计 可 能 在 讨 论 会 上 在 测 试 夹 具 的 电 源 条 件 下 在 室 温 中 通 过 了 测 试, 但 在 温 度 和 电 源 条 件 变 化 时 会 发 生 什 么 情 况 呢? 如 果 把 您 的 设 备 与 系 统 中 另 一 个 厂 商 的 设 备 插 在 一 起 另 一 条 总 线 导 致 您 的 设 备 失 效 会 怎 么 样 呢? 本 读 物 介 绍 了 PCI Express 测 试 的 各 个 方 面, 包 括 检 验 调 试 和 一 致 性 测 试 及 基 本 原 理 测 量 技 术 及 保 证 成 功 设 计 所 需 的 工 具 不 管 是 已 经 成 功 地 处 理 Gen1 设 备 着 手 测 试 Gen2 设 备, 还 是 刚 刚 进 入 PCI Express 领 域, 本 读 物 都 可 以 帮 助 您 了 解 PCI Express 的 结 构 规 范 和 测 量 解 决 方 案 PCI Express 开 发 人 员 的 部 分 有 用 链 接 泰 克 PCI Express 主 页 : http://www.tek.com/measurement/applications/ serial_data/pci_express.html PCI-SIG 一 致 性 测 试 主 页 : http://www.pcisig.com/specifications/pciexpress/ compliance/ 杂 程 度 这 无 疑 会 给 设 备 的 检 验 和 一 致 性 测 试 带 来 部 分 新 的 挑 战 www.tektronix.com/oscilloscopes 3

图 1. PCI Express 链 路 的 各 个 层 图 2. PCI Express PHY 链 路 实 现 方 案 按 通 路 宽 度 划 分 的 原 始 位 速 率 (Gb/s) 信 号 速 率 X1 X4 X8 X16 X32 第 一 代 - 每 条 通 路 2. 5 Gb/s 2.5 10 20 40 80 第 二 代 - 每 条 通 路 5 Gb/s 5 20 40 80 160 原 始 位 速 率 结 构 和 规 范 概 述 与 任 何 串 行 数 据 标 准 一 样,PCI Express 可 以 视 作 由 多 个 层 组 成 的 堆 栈, 如 图 1 所 示 各 个 层 相 互 通 信, 同 时 相 互 缓 冲 相 邻 层 的 操 作 堆 栈 中 包 括 通 过 传 输 介 质 传 送 电 子 信 号 的 物 理 层 ; 把 信 号 解 释 为 有 意 义 的 数 据 的 逻 辑 层 ; 传 输 层 等 等 每 个 层 有 相 应 的 标 准 和 一 致 性 测 试 程 序 图 1 显 示 了 串 行 数 据 链 路 的 物 理 层 (PHY) 划 分 情 况 PHY 与 协 议 堆 栈 的 高 层 隔 开, 涵 盖 了 两 个 层 : 逻 辑 层 和 电 气 层 PHY 的 物 理 部 分 处 理 高 速 串 行 分 组 交 换 和 电 源 管 理 机 制 PHY 的 逻 辑 层 处 理 复 位 初 始 化 编 码 和 解 码 电 气 子 模 块 和 逻 辑 子 模 块 还 可 能 包 括 特 定 标 准 功 能 在 构 成 PHY 的 两 个 模 块 中, 每 个 模 块 都 有 独 特 的 测 试 要 求 在 进 行 电 接 口 测 量 时, 数 据 眼 图 和 系 统 参 考 时 钟 的 模 拟 波 形 特 点 处 于 优 先 位 置 在 逻 辑 层 中, 必 须 解 释 数 字 分 组, 提 取 嵌 入 式 时 钟, 等 等 图 2 显 示 了 4X PCI Express 链 路 的 典 型 物 理 层 拓 扑 PCI Express 链 路 由 称 为 通 路 的 双 单 工 传 输 方 案 集 合 组 成 每 条 通 路 有 一 个 发 送 和 接 收 差 分 对, 每 条 通 路 共 有 四 根 走 线 4 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 3. PCI Express 分 组 的 各 个 层 每 条 通 路 的 发 送 速 率 为 2.5 Gb/s (Gen1) 或 5 Gb/s (Gen2) 规 范 支 持 X1,X4, X8, X16 和 X32 的 通 路 宽 度 配 置 链 路 的 原 始 位 速 率 是 每 条 通 路 基 本 位 速 率 的 倍 数 在 通 过 嵌 入 时 钟 发 送 数 据 时, 发 送 电 路 和 接 收 电 路 共 享 一 个 参 考 时 钟 (RefClk), 因 此 其 PLL 电 路 可 以 跟 踪 什 么 时 候 使 用 扩 频 时 钟 (SSC), 如 图 2 所 示 SSC 用 来 最 大 限 度 地 降 低 来 自 计 算 机 主 板 的 电 磁 辐 射 参 考 时 钟 以 30-33 khz 的 频 率 在 100 MHz 和 99.5 MHz 之 间 调 制 分 组 化 数 据 PCI Express 数 据 从 多 个 层 进 行 分 组 化, 如 图 3 所 示 PHY 的 逻 辑 子 模 块 增 加 了 成 帧, 表 明 每 个 分 组 的 开 头 和 结 尾 这 个 子 模 块 负 责 传 输 和 对 准 符 号 物 理 层 的 特 点 物 理 层 是 上 面 描 述 的 分 组 化 差 分 信 号 的 载 体 从 功 能 角 度 看, 物 理 层 结 构 为 以 二 进 制 信 号 形 式 表 示 的 数 据 提 供 了 一 条 路 径, 其 中 包 括 电 路 板 走 线 连 接 器 和 电 缆 在 使 用 示 波 器 调 试 检 验 和 一 致 性 测 试 设 计 时, 这 些 二 进 制 信 号 是 物 理 层 测 量 对 象 在 PCI Express 内 部, 可 以 定 义 多 种 不 同 的 总 线 配 置 图 4 图 5 和 图 6 说 明 了 三 种 典 型 的 机 械 实 现 方 式 PHY 的 各 条 通 路 都 由 发 送 和 接 收 差 分 对 组 成 发 送 对 及 传 输 介 质 通 常 称 为 通 道 在 通 道 内 部, 信 号 可 以 流 经 三 种 基 本 铜 线 路 径 数 据 链 路 层 提 供 错 误 校 验 和 重 试 服 务 分 组 中 包 括 ACK ( 确 认 ) 电 源 管 理 信 息 等 等 传 输 层 处 理 初 始 化 指 令 生 成 和 处 理 以 及 流 量 控 制 www.tektronix.com/oscilloscopes 5

芯 片 到 芯 片 通 路 ( 图 4) 芯 片 到 芯 片 通 路 通 常 位 于 作 为 传 输 介 质 的 蚀 刻 电 路 板 (ECB) 上 典 型 应 用 是 系 统 主 板 上 的 PCI Express 总 线, 这 里 需 要 从 一 台 设 备 向 另 一 台 设 备 传 送 大 量 的 数 据 板 卡 到 板 卡 通 路 ( 图 5) 当 连 接 器 是 通 路 的 一 部 分 时, 如 在 插 件 应 用 中, 规 范 要 求 链 路 的 发 送 一 侧 有 AC 耦 合 电 容 器 这 消 除 了 发 送 设 备 和 图 4. 芯 片 到 芯 片 通 路 接 收 设 备 之 间 潜 在 的 共 模 偏 置 不 匹 配 低 成 本 链 路 可 能 会 在 FR4 电 路 板 上 采 用 长 走 线 及 采 用 低 价 连 接 器, 这 两 者 都 会 增 加 抖 动 串 扰 及 布 局 导 致 的 潜 在 不 平 衡 台 式 机 和 服 务 器 应 用 的 CEM 规 范 及 笔 记 本 电 脑 等 移 动 设 备 的 PCMCIA( 个 人 电 脑 内 存 条 国 际 协 会 )ExpressCard 文 件 中 提 供 了 这 种 配 置 的 测 试 点 板 卡 到 电 缆 通 路 ( 图 6) 在 通 路 中 引 入 电 缆 连 接 还 增 加 了 另 一 个 损 耗 和 抖 动 来 源 电 缆 连 接 的 PCI Express 已 经 进 入 早 期 开 发 阶 段 但 是, PCI Express 电 缆 规 范 草 案 中 为 电 缆 的 发 送 一 侧 和 接 收 一 侧 定 义 了 测 试 点 在 这 种 拓 扑 中, 参 考 时 钟 和 三 种 其 它 边 带 信 号 沿 着 电 缆 中 心 线 对 及 X16 发 送 机 和 接 收 机 对 传 送 图 5. 通 路 的 连 接 器 部 分 不 要 忘 了 参 考 时 钟 (RefClk) 除 高 速 串 行 数 据 信 号 路 径 外, 测 试 参 考 时 钟 (RefClk) 的 信 号 完 整 性 也 非 常 关 键 参 考 时 钟 参 数 包 括 在 Gen1 的 CEM 规 范 中, 是 Gen2 基 本 规 范 的 主 体 从 Rev1.0a 和 Rev1.1 起,Gen1 规 范 变 化 在 很 大 程 度 上 是 由 于 参 考 时 钟 抖 动 对 数 据 眼 图 闭 合 的 影 响 推 动 的 图 6. 通 路 的 电 缆 连 接 部 分 6 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 7. PCI Express 中 的 测 试 点 一 致 性 测 试 和 互 操 作 能 力 一 致 性 和 互 操 作 能 力 测 试 是 任 何 标 准 成 功 的 关 键, 特 别 是 在 标 准 的 早 期 阶 段, 这 一 阶 段 的 细 节 还 在 变 动, 理 解 可 能 会 有 所 变 化 PCI Express 标 准 解 决 了 发 送 和 接 收 损 耗 预 算 的 重 要 问 题, 它 们 还 定 义 了 必 须 执 行 系 统 级 测 试 的 一 致 性 测 试 点 从 本 质 上 看, 一 致 性 测 试 点 是 系 统 各 个 器 件 ( 通 常 来 自 不 同 的 厂 商 ) 必 需 互 操 作 的 点 图 7 汇 总 了 由 互 连 的 多 个 单 元 组 成 的 整 个 系 统 中 部 分 典 型 的 互 操 作 能 力 点 在 PCI Express 中, 基 本 规 范 中 规 定 了 TP1 和 TP4,CEM 和 布 线 规 范 中 规 定 了 TP2 和 TP3, 具 体 取 决 于 接 口 配 置 这 些 点 显 示 为 测 试 点, 因 为 标 准 中 把 它 们 专 门 称 为 测 试 仪 器 的 探 测 连 接 点 对 板 卡 到 板 卡 连 接 或 板 卡 到 电 缆 连 接, 非 常 重 要 的 是 要 了 解 一 致 性 测 试 点 是 测 量 中 包 括 还 是 不 包 括 连 接 器 注 意, 一 致 性 测 试 点 可 能 没 有 位 于 连 接 器 中 间, 因 为 插 好 的 连 接 器 和 没 插 好 的 连 接 器 的 性 能 会 有 相 当 大 的 差 异 此 外, 测 量 中 的 任 何 ECB 通 道 长 度 或 电 缆 损 耗 都 会 影 响 结 果 在 Gen1 中,PCI Express 规 范 ( 和 PCI-SIG 测 试 程 序 ) 在 很 大 程 度 上 忽 略 了 测 试 夹 具 和 仪 器 电 缆 的 损 耗 廓 线 ( 或 把 其 包 括 在 测 试 余 量 中 ) 在 5 Gb Gen2 中, 规 范 要 求 考 虑 这 些 问 题 PCI Express 的 另 一 个 趋 势 是 更 加 明 确 地 定 义 在 系 统 级 测 试 接 收 机 灵 敏 度 时 使 用 的 程 序 在 Gen1 中, 接 收 机 灵 敏 度 测 试 定 义 主 要 留 给 开 发 人 员 自 己 理 解 www.tektronix.com/oscilloscopes 7

物 理 层 一 致 性 测 试 : 数 字 领 域 的 模 拟 视 图 PCI Express 在 数 字 领 域 运 行, 但 大 部 分 一 致 性 测 试 任 务 由 模 拟 测 量 组 成 为 什 么 呢? 这 难 道 不 是 数 字 数 据 吗? 回 答 可 以 是 不 是, 但 有 一 些 非 常 重 要 的 例 外 情 况 数 字 信 号 存 在 的 环 境 包 括 分 布 式 电 容 噪 声 电 源 变 化 串 扰 及 其 它 各 种 不 理 想 的 条 件 每 种 现 象 都 会 偏 离 理 想 的 数 字 信 号, 有 时 会 达 到 损 害 数 据 传 送 能 力 的 程 度 结 果, 规 范 规 定 了 信 号 失 真 和 劣 化 的 极 限 被 测 设 备 必 须 满 足 这 些 极 限, 才 能 被 视 为 符 合 规 范 标 准 中 详 细 解 释 了 测 试 条 件 和 测 试 点 PCI-SIG 在 一 致 性 测 试 主 页 上 提 供 了 详 细 的 一 致 性 测 试 程 序, 包 括 特 定 仪 器, 有 时 甚 至 会 包 括 仪 器 的 型 号 另 外 PCI-SIG 还 提 供 了 信 号 质 量 测 试 (SigTest) 软 件 SigTest 针 对 系 统 和 插 件 一 致 性 测 试 点, 在 实 时 示 波 器 捕 获 的 波 形 数 据 上 进 行 强 制 性 信 号 完 整 性 测 量 图 8 汇 总 了 PCI Express 的 典 型 一 致 性 测 试 流 程 采 用 SigTest 还 是 采 用 RT-Eye 软 件? PCI Express 开 发 人 员 经 常 问 的 一 个 问 题 是 : 如 果 SigTest 是 免 费 的, 并 告 诉 我 是 否 通 过 测 试, 那 么 为 什 么 示 波 器 上 还 需 要 使 用 其 它 分 析 工 具 呢? 答 案 在 于 您 对 设 计 余 量 的 信 心 有 多 高 泰 克 信 号 质 量 软 件 工 具 如 RT-Eye TDSJIT3 和 JNB, 为 检 验 调 试 和 一 致 性 测 试 设 计 提 供 了 广 泛 的 功 能 在 下 面 几 节 中 我 们 将 进 一 步 对 此 进 行 介 绍 一 致 性 测 试 使 用 的 测 试 夹 具 一 旦 定 义 了 测 试 点, 必 须 开 发 测 试 夹 具, 提 供 探 测 附 着 点 PCI-SIG 为 系 统 测 试 提 供 了 一 致 性 负 载 电 路 板 (CLB), 为 插 件 测 试 提 供 了 一 致 性 基 本 电 路 板 (CBB) PCMCIA 为 笔 记 本 系 统 发 射 机 测 试 提 供 了 系 统 发 射 机 一 致 性 测 试 卡 图 8. PCI-SIG 一 致 性 和 互 操 作 能 力 测 试 流 程 检 验 和 一 致 性 测 量 PCI Express 基 本 规 范 包 括 发 射 机 和 接 收 机 幅 度 定 时 抖 动 和 眼 图 测 量 这 些 测 量 通 常 称 为 信 号 完 整 性 测 量 另 外 还 为 通 道 定 义 了 插 入 损 耗 回 波 损 耗 和 频 域 串 扰 CEM 和 布 线 规 范 在 系 统 级 一 致 性 测 试 点 定 义 了 抖 动 和 眼 图 余 量, 表 示 在 接 插 集 会 (plug-fests) 上 执 行 的 测 试 通 常 使 用 自 动 测 量 / 分 析 工 具, 加 快 这 些 测 试 的 选 择 和 应 用 速 度 下 面 的 列 表 封 装 了 接 插 集 会 (plug-fests) 要 求 执 行 的 部 分 关 键 测 量 ( 以 验 证 一 致 性 和 互 操 作 能 力 ) 以 及 检 验 系 统 器 件 保 证 满 足 规 范 所 需 的 测 量 幅 度 测 量 定 时 测 量 抖 动 测 量 RT-Eye 眼 图 和 模 板 测 试 噪 声 和 抖 动 频 域 测 量 接 收 机 灵 敏 度 和 抖 动 容 限 测 量 8 www.tektronix.com/oscilloscopes

幅 度 测 量 信 号 是 否 达 到 了 能 够 可 靠 地 通 过 传 输 介 质 传 送 及 向 接 收 电 路 传 达 正 确 的 1 或 0 的 电 压 电 平 和 可 靠 性? 这 些 测 试 保 证 了 信 号 拥 有 足 够 的 幅 度 容 限, 能 够 在 最 坏 情 况 下 完 成 工 作 差 分 电 压 - 峰 到 峰 差 分 电 压 规 范 为 保 证 收 发 机 发 送 正 确 的 电 压 水 平 提 供 了 基 础 规 范 它 指 定 了 最 低 发 射 机 差 分 电 压, 以 便 在 最 坏 情 况 的 介 质 条 件 下 ( 最 大 损 耗 ) 使 规 定 的 最 低 差 分 电 压 到 达 接 收 机 这 保 证 了 能 够 正 确 传 送 数 据 PCIExpress 规 范 对 差 分 峰 值 电 压 的 规 定 如 下 : VTX-DIFFp-p = 2* VTX-D+ - V TX-D- ; 在 从 数 据 信 号 中 恢 复 时 钟 后 从 波 形 数 据 中 测 得 注 意, 差 分 峰 到 峰 电 压 不 等 于 示 波 器 菜 单 中 看 到 的 传 统 峰 到 峰 指 标 这 通 常 会 引 起 混 淆 这 一 测 量 需 要 使 用 PCI Express 特 定 算 法 去 加 重 - 这 是 转 换 位 之 后 第 二 个 位 和 后 续 位 的 幅 度 与 转 换 位 的 幅 度 之 比 去 加 重 也 称 为 预 加 重 和 平 衡 去 加 重 用 于 串 行 数 据 传 输 系 统 中, 补 偿 有 损 耗 的 介 质 的 频 率 特 点, 如 台 式 电 脑 中 使 用 的 低 成 本 FR4 电 路 板 和 连 接 器 通 过 使 转 换 位 的 幅 度 高 于 后 续 位, 信 号 将 以 睁 开 的 眼 图 到 达 接 收 机 针 脚 共 模 电 压 测 量 (AC, DC) - 发 射 机 上 的 共 模 不 平 衡 和 噪 声 会 在 差 分 信 号 中 产 生 不 希 望 的 效 应 通 常 要 把 差 分 信 号 分 离 成 单 端 成 分, 以 诊 断 这 些 问 题 这 种 技 术 还 可 以 发 现 可 能 会 耦 合 到 差 分 对 一 侧 但 不 会 耦 合 到 另 一 侧 的 串 扰 和 噪 声 效 应 波 形 眼 高 - 眼 高 是 幅 度 域 中 数 据 眼 图 的 张 开 程 度 它 提 供 了 非 常 重 要 的 测 量 数 据, 因 为 它 提 供 了 接 收 机 电 路 的 实 际 样 点 它 在.5 单 位 间 隔 (UI) 点 上 测 得, 其 中 由 恢 复 的 时 钟 定 义 UI 定 时 参 考 如 需 与 眼 图 有 关 的 更 详 细 信 息, 请 参 阅 眼 图 部 分 定 时 测 量 信 号 是 否 有 定 时 变 化? 其 转 换 是 否 足 够 快, 可 以 保 留 信 号 希 望 提 供 的 关 键 数 据 值? 这 些 测 试 要 求 测 量 工 具 集 部 分 提 供 完 善 的 性 能, 检 测 分 布 式 电 容 串 扰 等 因 素 导 致 的 畸 变 和 信 号 劣 化 单 位 间 隔 和 位 速 率 - 通 过 在 大 量 的 连 续 周 期 上 考 察 嵌 入 式 时 钟 的 平 均 测 量 结 果, 可 以 测 量 嵌 入 式 时 钟 的 频 率 变 化 在 PCI Express 中, 如 果 平 均 值 偏 离 规 定 值 ( 没 有 SSC) 大 于 百 万 分 之 300 (PPM), 那 么 设 备 不 符 合 规 范 www.tektronix.com/oscilloscopes 9

上 升 / 下 降 转 换 时 间 - 在 进 行 发 射 机 测 量 时, 测 量 精 确 转 换 时 间 使 用 的 工 具 最 为 重 要 Gen2 PCI Express 允 许 的 最 小 发 射 机 上 升 时 间 是 30 ps( 使 用 20-80% 参 考 电 平 测 得 ) 上 升 时 间 太 快 会 导 致 EMI 问 题, 上 升 时 间 太 慢 会 导 致 数 据 错 误 波 形 眼 宽 - 波 形 眼 宽 是 指 一 个 间 隔 减 去 测 得 的 合 成 抖 动 ; 其 中 抖 动 在 0V 差 分 参 考 电 平 上 测 得 如 需 与 眼 图 有 关 的 详 细 信 息, 请 参 阅 眼 图 部 分 抖 动 测 量 抖 动 测 量 方 法 一 直 是 PCI Express 开 发 人 员 和 规 范 编 写 人 员 讨 论 的 主 要 话 题 本 节 介 绍 了 PCI Express 中 抖 动 分 析 的 演 进 情 况, 其 适 用 于 规 范 中 的 测 量 项 目 图 9. 在 任 意 250 UI 上 Rev1.0a 中 值 - 最 大 值 - 抖 动 中 值 - 最 大 值 - 抖 动 - 最 初 的 Gen1 PCI Express 规 范 (Rev1.0a) 规 定 在 任 意 250 个 连 续 位 上 测 量 中 值 - 最 大 值 - 抖 动 中 值 - 最 大 值 - 抖 动 是 使 用 中 值 作 为 定 时 参 考, 时 间 间 隔 误 差 (TIE) 正 方 向 或 负 方 向 的 最 大 偏 差 图 9 显 示 了 怎 样 在 250 个 单 位 间 隔 上 从 TIE 直 方 图 中 测 量 中 值 - 最 大 值 - 抖 动 测 量 极 限 ( 图 9 中 以 高 亮 度 显 示 ) 放 在 TIE 的 最 大 值 和 最 小 值 周 围, 表 示 中 值 - 最 大 值 - 抖 动 规 范 时 钟 恢 复 方 法 需 要 取 3500 个 连 续 位 的 中 间 值, 然 后 在 时 钟 恢 复 窗 口 中 心 应 用 250 位 分 析 窗 口 这 种 分 析 方 法 为 评 估 相 位 校 准 接 收 机 行 为 提 供 了 一 种 良 好 的 模 型 3500:250 方 法 近 似 于 抖 动 的 三 阶 滤 波 函 数 (-60 db/decade 衰 减, 截 止 频 率 为 1.5 MHz) 它 滤 除 低 频 SSC, 不 管 SSC 是 否 打 开, 均 可 以 在 系 统 上 使 用 这 一 技 术 图 10. 3500:250 窗 口 使 用 的 SmartGating 泰 克 已 经 在 拥 有 SmartGating 功 能 的 RT-Eye 软 件 中 普 及 这 种 方 法 SmartGating( 图 10) 允 许 用 户 指 定 时 钟 恢 复 和 分 析 窗 口, 在 时 间 间 隔 误 差 测 量 上 表 示 不 同 的 有 效 滤 波 函 数 ClockRecovery: Analysis 窗 口 还 可 以 设 置 成 使 用 用 户 定 义 的 增 量 扫 描 波 形 通 过 设 置 3500:250 窗 口, 以 100 UI 增 量 扫 描 波 形, 可 以 获 得 与 PCI-SIG 的 SigTest 软 件 相 对 应 的 结 果 10 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 11a. 使 用 Gen1 (Rev1.0a) 方 法 测 试 插 卡 图 11b. 使 用 Gen1 (Rev1.1) 方 法 测 试 插 卡 在 测 试 了 实 际 环 境 设 备 后, 业 内 确 定 需 要 更 强 健 的 抖 动 规 范, 以 保 证 互 操 作 能 力 新 的 规 范 (Rev1.1) 独 立 于 参 考 时 钟 相 位 抖 动 测 量 发 射 机 抖 动 它 通 过 对 抖 动 数 据 应 用 一 阶 (1.5 MHz 拐 角 频 率 时 的 衰 减 为 -20 db/decade) 滤 波 函 数, 并 通 过 对 发 射 机 设 备 的 参 考 时 钟 输 入 应 用 干 净 的 时 钟, 来 实 现 时 钟 恢 复 Rev1.1 规 范 规 定 在 100 万 单 位 间 隔 的 总 量 上 测 量 抖 动,1.0a 规 范 则 没 有 明 确 规 定 这 一 点, 而 是 指 定 在 任 意 250 个 单 位 间 隔 上 的 抖 动 对 发 射 机 器 件 和 插 卡 测 试, 一 致 性 测 试 中 使 用 新 的 Rev1.1 发 射 机 抖 动 图 11 是 使 用 这 两 种 规 范 测 试 的 插 卡 实 例 图 11a 是 采 用 3500:250 方 法 通 过 Rev1.0a 一 致 性 基 本 电 路 板 (CBB) 测 试 的, 其 中 启 用 了 扫 描 模 式 图 11b 则 采 用 一 阶 软 件 PLL 通 过 Rev1.1 CBB 测 试 同 一 设 备 可 以 看 出,Rev1.1 拥 有 更 严 格 的 抖 动 容 限 ( 更 宽 的 模 板 ), 但 是 由 于 对 DUT 应 用 干 净 的 时 钟, 测 得 的 TIE 抖 动 要 小 得 多 ( 中 值 - 最 大 值 - 抖 动 是 27.6 ps, 而 不 是 41.07 ps) 最 终 结 果 是 在 这 两 种 方 法 下 设 备 都 通 过 了 测 试 规 范 对 启 动 SSC 的 系 统, 一 致 性 测 试 中 要 观 察 Rev1.0a 规 范 中 的 原 始 三 阶 函 数 www.tektronix.com/oscilloscopes 11

图 12a. 估 算 抖 动 使 用 的 Dual-Dirac 模 型 Dual-Dirac 抖 动 如 中 值 - 最 大 值 抖 动 测 试 中 所 述,Gen1 PCI Express 规 范 依 赖 TIE 直 方 图 方 法 测 量 抖 动 Gen2 规 范 则 更 进 一 步, 使 用 Dual-Dirac 模 型 指 定 抖 动 这 种 方 法 估 算 总 抖 动 (Tj) 随 机 抖 动 (Rj) 和 确 定 性 抖 动 (Dj), 如 图 12a 所 示 业 内 已 经 开 发 了 多 种 采 集 和 分 析 技 术, 推 导 Dual-Dirac 曲 线 其 中 一 种 方 法 是 在 扩 展 的 时 间 周 期 上 构 建 时 间 间 隔 误 差 (TIE) 直 方 图, 这 种 方 法 主 要 用 于 时 间 间 隔 分 析 仪 (TIA) 中 可 以 测 量 两 种 不 同 BER 水 平 上 的 Tj, 如 10-4 和 10-7 BER 一 旦 测 得 这 些 值, 可 以 画 一 条 直 线, 估 算 10-12 BER 时 的 Tj 然 后 可 以 画 出 斜 率 和 截 距, 导 出 Rj 和 Dj 值 与 之 相 对 应, 采 用 TDSJIT3 或 RT-Eye 的 实 时 (RT) 示 波 器 使 用 抖 动 频 谱 测 量 方 法 估 算 10-12 BER 时 的 Tj 然 后 使 用 相 同 的 方 法 测 量 10-9 BER 时 的 Tj 一 旦 确 定 了 这 两 种 水 平 上 的 Tj, 可 以 确 定 同 一 条 直 线, 估 算 图 12b. 使 用 Gen2 Dual-Dirac 方 法 进 行 发 射 机 测 试 Rj 和 Dj 抖 动 频 谱 方 法 ( 由 泰 克 开 发 ) 包 括 一 种 把 随 机 抖 动 成 分 与 确 定 性 抖 动 成 分 分 开 的 专 利 技 术 12 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 13. 差 分 参 考 时 钟 一 致 性 测 试 图 14. 采 用 TDSJIT3 软 件 的 扩 频 廓 线 频 谱 方 法 一 直 与 测 量 抖 动 使 用 的 BERT 扫 描 方 法 相 关 它 已 经 被 串 行 数 据 开 发 人 员 广 泛 采 用, 因 为 它 可 以 精 确 地 估 算 抖 动, 而 所 需 的 时 间 只 是 基 于 直 方 图 的 技 术 的 几 分 之 一 图 12b 显 示 了 使 用 这 种 技 术 测 试 Gen2 PCI Express 发 射 机 的 结 果 参 考 时 钟 (RefClk) 抖 动 如 前 所 述,Rev1.1 规 范 要 求 独 立 测 量 发 射 机 抖 动 和 参 考 时 钟 抖 动 由 于 各 自 PLL 的 传 函 变 化 传 输 延 迟 差 异 及 位 于 接 收 机 中 的 CDR 的 跟 踪 带 宽, PCI Express 发 射 机 和 接 收 机 会 表 现 出 不 同 的 相 位 抖 动 跟 踪 行 为 必 需 规 定 参 考 时 钟 在 发 射 机 和 接 收 机 最 坏 情 况 组 合 下 将 传 播 和 滤 波 的 抖 动 量 这 可 以 通 过 Rev1.1 CEM 规 范 和 Gen2 基 本 规 范 中 指 定 的 抖 动 模 板 功 能 完 成 另 外 还 指 定 了 10-6 和 10-12 BER 时 允 许 的 抖 动 图 13 是 使 用 RT-Eye 软 件 对 参 考 时 钟 设 备 应 用 要 求 的 Rev1.1 CEM 规 范 后 获 得 的 结 果 除 总 抖 动 外, 这 一 工 具 还 测 量 转 换 速 率 高 低 电 压 和 时 钟 占 空 比 等 参 数 SSC 廓 线 - 除 时 钟 的 信 号 完 整 性 外,PCI Express 规 范 还 规 定 时 钟 频 率 可 以 扩 展 -0.5%, 它 以 30-33 khz 的 调 制 频 率 从 基 本 数 据 速 率 扩 展 这 会 导 致 数 据 周 期 从 400 ps 扩 展 到 402 ps 为 从 数 据 信 号 中 获 得 SSC 的 廓 线, 必 须 测 量 和 滤 波 数 据 周 期 TDSJIT3 高 级 抖 动 分 析 软 件 用 来 分 析 高 性 能 实 时 示 波 器 捕 获 的 长 记 录 图 14 显 示 了 在 数 据 周 期 测 量 中 应 用 5 MHz 低 通 滤 波 器 的 结 果, 以 使 用 一 致 性 负 载 电 路 板 (CLB) 检 验 主 板 上 的 SSC 廓 线 www.tektronix.com/oscilloscopes 13

实 时 眼 图 和 模 板 测 试 眼 图 是 把 一 系 列 数 据 波 形 重 叠 在 一 起 得 到 的 示 波 器 画 面, 它 为 确 定 PCI Express 发 射 机 信 号 的 质 量 提 供 了 重 要 工 具 为 生 成 眼 图, 必 需 从 数 据 中 恢 复 时 钟, 以 同 步 传 输 随 机 码 型 伪 随 机 码 型 或 一 致 性 码 型 的 数 据 流 泰 克 以 软 件 时 钟 恢 复 重 叠 实 时 波 形 数 据 的 专 利 技 术 是 泰 克 实 时 示 波 器 上 运 行 的 RT-Eye( 实 时 眼 图 ) 软 件 的 基 础 如 前 所 述, 有 多 种 技 术 可 以 恢 复 时 钟, 具 体 取 决 于 被 测 设 备 和 规 范 版 本 除 恢 复 时 钟 外, 发 射 机 和 互 连 测 试 点 要 求 跳 变 位 与 去 加 重 位 分 离, 并 在 每 种 位 类 型 上 执 行 模 板 测 试 图 15 显 示 了 规 范 中 出 现 的 模 板 几 何 形 状 定 义 图 11 和 图 12 说 明 了 怎 样 使 用 RT-Eye 软 件 同 时 显 示 得 到 的 多 个 眼 图 如 前 所 述, 针 对 Gen1 的 T TX-EYE 规 范 是 一 个 波 形 眼 图 模 板, 定 义 为 一 个 单 位 间 隔 减 去 合 成 TIE 抖 动 在 Gen2 中,T TX-EYE 规 范 是 一 个 抖 动 模 板, 使 用 Dual-Dirac 模 型 定 义 为 一 个 单 位 间 隔 减 去 10-12 BER 时 的 总 抖 动 在 这 两 种 情 况 下, 幅 度 测 量 都 基 于 示 波 器 采 集 的 电 压 噪 声 及 其 对 抖 动 的 影 响 如 何? 前 面 介 绍 的 抖 动 测 量 中 使 用 的 分 析 技 术 主 要 使 用 实 时 示 波 器 完 成 发 射 机 使 用 的 3500:250 滤 波 方 法 和 参 考 时 钟 使 用 的 相 位 抖 动 滤 波 方 法 主 要 依 赖 实 时 捕 获 的 边 沿 信 息 实 时 采 集 是 保 证 知 道 抖 动 的 频 率 成 分 从 而 能 够 在 频 域 中 使 用 后 期 处 理 算 法 滤 波 抖 动 的 频 率 成 分 的 唯 一 方 式 但 是, 实 时 示 波 器 中 的 垂 直 噪 声 在 抖 动 域 和 幅 度 域 中 都 增 加 了 误 图 15. PCI Express 波 形 模 板 规 范 差 这 是 因 为 实 时 示 波 器 在 前 端 使 用 模 拟 放 大 器 采 集 波 形 由 于 模 拟 放 大 器 的 噪 声 和 带 宽 乘 积 是 恒 定 的, 拥 有 的 带 宽 越 多, 采 集 的 信 号 中 的 噪 声 也 就 越 多 此 外, 实 时 示 波 器 的 模 数 (A/D) 转 换 器 分 辨 率 在 设 计 时 限 定 在 8 位, 这 不 可 避 免 地 产 生 了 量 化 误 差 系 统 噪 声 和 量 化 相 结 合, 增 加 了 测 量 误 差 在 许 多 情 况 下, 误 差 并 不 明 显, 可 以 忽 略 不 计, 但 在 PCI Express 开 发 人 员 设 计 更 长 的 传 输 通 道 时, 实 时 示 波 器 的 分 辨 率 和 信 噪 比 可 能 会 变 成 限 制 对 这 些 应 用, 可 以 使 用 等 时 取 样 示 波 器, 实 现 更 高 的 测 量 精 度 此 外, 业 内 已 经 开 发 出 新 的 软 件 工 具, 不 仅 可 以 分 析 高 速 串 行 数 据 信 号 的 抖 动, 还 可 以 分 析 噪 声 14 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 16a. 抖 动 和 噪 声 分 解 图 图 16b. 来 自 JNB 软 件 的 抖 动 和 噪 声 PDF 在 图 16a 中, 图 的 左 侧 显 示 了 串 行 数 据 抖 动 的 传 统 分 解 结 果, 图 的 右 侧 显 示 了 取 样 示 波 器 中 新 增 的 技 术, 其 在 幅 度 域 中 分 解 噪 声, 其 方 式 与 时 域 中 分 解 的 方 式 大 体 相 同 结 果 得 到 了 一 个 代 表 两 维 概 率 密 度 函 数 (PDF) 的 BER 眼 图 图 16b 显 示 了 在 泰 克 取 样 示 波 器 上 使 用 TDS8JNB( 高 级 抖 动, 噪 声 和 BER 分 析 软 件 ) 对 PCI Express 插 件 进 行 分 析 的 结 果, 进 一 步 考 察 了 眼 图 闭 合 的 确 切 原 因 频 域 测 量 互 连 链 路 一 致 性 测 试 正 日 益 要 求 频 域 测 量, 如 插 入 损 耗 回 波 损 耗 和 频 域 串 扰 它 还 经 常 要 求 测 量 回 波 损 耗 这 些 频 域 测 量 也 称 为 S 参 数, 主 要 在 差 分 模 式 下 完 成, 因 为 差 模 测 量 直 接 与 数 字 系 统 中 的 带 宽 劣 化 和 抖 动 相 关 某 些 标 准 开 始 要 求 共 模 测 量 或 模 式 转 换 测 量 这 种 测 量 可 以 使 用 支 持 TDR 的 拥 有 差 分 功 能 及 近 似 上 升 时 间 的 示 波 器 完 成, 其 直 接 与 测 量 带 宽 相 关 图 17 显 示 了 使 用 泰 克 取 样 示 波 图 17. 频 域 串 扰 测 量 器 上 运 行 的 80SSPAR IConnect S-Parameter 和 Z-line 软 件 进 行 分 析, 得 到 的 PCI Express 互 连 的 频 域 串 扰 测 量 结 果 www.tektronix.com/oscilloscopes 15

图 18. 从 两 条 DTG 通 道 中 创 建 去 加 重 的 信 号 接 收 机 灵 敏 度 和 抖 动 容 限 测 量 Gen1 接 收 机 测 试 要 求 激 励 源, 驱 动 采 用 环 回 模 式 配 置 的 被 测 设 备 (DUT) 码 型 发 生 器 为 完 成 这 一 工 作 提 供 了 适 当 的 工 具 ( 也 称 为 数 据 定 时 发 生 器 ), 可 以 生 成 定 义 的 2.5 Gb/s 测 试 码 型, 如 训 练 序 列 (TS1 & TS2), 并 把 它 们 应 用 到 设 备 上 在 DUT 的 接 收 机 部 分 识 别 训 练 序 列 时, 发 射 机 部 分 会 发 出 一 个 类 似 的 序 列 可 以 使 用 示 波 器 和 / 或 逻 辑 分 析 仪 观 察 和 分 析 这 个 发 送 的 序 列 通 常 要 改 变 训 练 序 列, 以 便 能 够 在 各 种 极 限 条 件 下 检 定 DUT 的 性 能, 这 些 极 限 条 件 包 括 幅 度 电 平 变 化 眼 图 闭 合 程 度 变 化 差 分 偏 移 变 化 及 增 加 的 噪 声 和 抖 动 全 面 测 试 接 收 机 还 要 求 数 据 定 时 发 生 器 预 加 重 连 续 的 跳 变 位, 以 测 试 SerDes 电 路 图 18 说 明 了 可 以 怎 样 把 两 条 数 字 定 时 发 生 器 (DTG) 通 道 结 合 起 来, 创 建 去 加 重 的 信 号 DTG 中 不 仅 可 以 调 节 幅 度 电 平, 还 可 以 调 节 : 定 时 容 限 - 可 以 改 变 频 率, 查 找 接 收 机 极 限 交 叉 电 平 容 限 - 可 以 改 变 差 分 信 号 D+ 支 脚 和 D- 支 脚 之 间 的 交 叉 电 压, 以 仿 真 共 模 不 对 称 性 偏 移 容 限 - 可 以 改 变 差 分 信 号 D+ 支 脚 和 D 支 脚 之 间 的 延 迟, 仿 真 差 分 偏 移 抖 动 容 限 - 可 以 改 变 抖 动 频 率 调 制 和 幅 度, 根 据 指 定 要 求 对 设 备 执 行 测 试 16 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 19. 抖 动 容 限 测 试 设 置 接 收 机 的 抖 动 容 限 定 义 为 存 在 抖 动 时 成 功 恢 复 数 据 的 能 力 满 足 规 范 保 证 了 即 使 在 存 在 一 定 的 抖 动 量 时,SerDes 和 PLL 电 路 仍 能 恢 复 时 钟 抖 动 容 限 测 试 是 用 来 保 证 互 操 作 能 力 的 比 较 重 要 的 测 试 之 一 严 格 的 抖 动 测 试 在 PCI Express 等 应 用 中 特 别 关 键 它 绝 对 要 求 信 号 源 能 够 提 供 具 有 特 定 幅 度 和 频 率 调 制 特 点 的 抖 动 PCI Express 基 本 规 范 规 定 抖 动 是 眼 图 交 点 相 对 于 恢 复 的 发 射 机 单 位 间 隔 (UI) 的 变 化 如 图 19 所 示,DTG 在 幅 度 成 分 和 频 率 成 分 方 面 提 供 了 抖 动 控 制 通 过 这 种 组 合, 可 以 全 面 测 试 PCI Express 接 收 机 的 抖 动 容 限 在 模 拟 测 量 中 保 证 信 号 保 真 度 不 管 是 进 行 一 致 性 测 试 检 验 还 是 进 行 调 试, 早 期 PCI Express 测 量 都 包 括 探 测 设 备 采 集 信 号 数 据 分 析 捕 获 的 信 息 选 择 适 当 的 工 具 并 正 确 使 用 这 些 工 具, 可 以 保 证 快 速 精 确 的 测 量 结 果 本 章 将 讨 论 不 同 的 被 测 设 备 连 接 技 术 以 及 在 选 择 示 波 器 时 的 模 拟 性 能 考 虑 因 素 www.tektronix.com/oscilloscopes 17

连 接 串 行 被 测 设 备 在 测 量 时, 首 先 要 连 接 被 测 设 备 这 就 出 现 了 一 个 问 题 : 被 测 通 路 的 机 械 接 口 是 什 么? 推 荐 的 测 试 定 义 中 通 常 会 回 答 这 个 问 题, 也 可 以 由 设 计 中 的 接 入 点 解 决 这 个 问 题 可 以 有 各 种 不 同 的 配 置, 每 种 配 置 都 有 自 己 独 特 的 特 点 机 械 接 口 对 电 气 和 逻 辑 测 试 中 的 探 测 具 有 深 远 影 响 探 头 可 能 需 要 匹 配 微 小 的 物 理 特 点, 同 时 为 测 量 仪 器 提 供 完 整 的 高 速 差 分 信 号 探 头 可 能 需 要 适 应 原 型 夹 具, 如 装 有 SMA 连 接 器 的 测 试 点 迎 接 探 测 挑 战 有 四 种 方 法 : 伪 差 分 有 源 探 测 真 正 的 差 分 有 源 探 测 伪 差 分 SMA 连 接 真 正 的 差 分 SMA 连 接 图 20. 伪 差 分 有 源 探 测 记 住,PCI Express 信 号 以 差 分 方 式 传 送, 因 此 这 里 介 绍 的 所 有 解 决 方 案 都 采 用 差 分 连 接 伪 差 分 有 源 探 测 - 可 以 使 用 两 个 差 分 有 源 探 头 进 行 伪 差 分 测 量, 每 侧 差 分 信 号 各 一 个 探 头 图 20 显 示 了 芯 片 到 芯 片 应 用 实 例, 其 中 可 以 把 两 个 探 头 焊 接 到 相 对 于 接 地 的 差 分 对 的 D+ 支 脚 和 D- 支 脚 上 示 波 器 的 两 条 通 道 捕 获 两 路 数 据 探 头 可 以 同 时 捕 获 信 号 的 AC 成 分 和 DC 成 分, 为 考 察 差 分 链 路 上 的 共 模 效 应 提 供 了 最 优 秀 的 工 具 尽 管 链 路 的 接 收 机 只 能 查 看 来 自 发 射 机 的 差 分 摆 幅, 但 共 模 电 压 变 化 可 能 会 导 致 不 希 望 的 幅 度 变 化, 改 变 周 期 图 20 中 测 量 的 信 号 是 使 用 伪 差 分 探 测 设 置 捕 获 的 不 对 称 信 号 PCI Express 基 本 规 范 要 求 最 大 共 模 AC 电 压 ("V CM "), 还 规 定 了 可 以 接 受 的 共 模 DC 电 压 范 围 把 D+ 波 形 和 D- 波 形 相 减, 可 以 获 得 差 分 电 压 波 形 VDIFF 将 在 这 个 数 学 运 算 波 形 上 进 行 眼 图 幅 度 及 抖 动 和 定 时 测 量 由 于 波 形 的 两 侧 进 入 伪 差 分 探 测 中 两 条 不 同 的 示 波 器 输 入 通 道, 必 须 校 正 输 入 的 偏 移, 然 后 才 能 进 行 测 量 18 www.tektronix.com/oscilloscopes

真 正 的 差 分 有 源 探 测 - 图 21 是 一 个 差 分 探 头, 捕 获 基 于 连 接 器 的 插 件 到 插 件 串 行 链 路 的 接 收 一 侧 与 伪 差 分 连 接 不 同 的 是, 这 个 探 头 只 要 求 一 条 示 波 器 通 道, 不 需 后 续 的 数 学 运 算 步 骤 除 其 它 优 势 外, 它 还 可 以 使 用 示 波 器 的 多 条 通 道, 捕 获 多 条 通 路 另 外 它 还 可 以 调 试 多 个 高 速 测 试 点 图 21 中 的 差 分 波 形 只 要 求 一 条 示 波 器 通 道, 不 需 校 正 偏 移 在 这 种 情 况 下, 只 提 供 了 差 模 测 量 需 要 指 出 的 是, 任 何 探 头 都 会 给 被 测 设 备 (DUT) 带 来 一 定 的 负 荷 每 个 探 头 都 有 自 己 的 电 路 模 型, 其 阻 抗 会 随 着 频 率 提 高 而 变 化 这 会 影 响 观 察 的 电 路 的 行 为, 影 响 测 量, 在 评 估 结 果 时 必 须 考 虑 这 些 因 素 在 设 计 芯 片 到 芯 片 接 口 时, 非 常 重 要 的 一 点 是 在 电 路 板 设 计 中 包 括 测 试 连 接 盘, 并 考 虑 预 计 探 头 的 机 械 要 求 探 测 连 接 盘 应 尽 可 能 接 近 接 收 机 端 接 电 阻 器, 以 避 免 由 于 反 射 引 起 的 信 号 失 真 图 21. 真 正 的 差 分 有 源 探 测 www.tektronix.com/oscilloscopes 19

图 22. 伪 差 分 SMA 连 接 伪 差 分 SMA 连 接 - 许 多 一 致 性 测 试 夹 具 和 原 型 电 路 预 计 在 输 出 上 拥 有 特 性 负 荷 如 果 夹 具 / 原 型 配 有 SMA 高 频 连 接 器,SMA 伪 差 分 方 法 可 以 接 入 信 号, 如 图 22 所 示 的 发 射 机 一 致 性 测 试 在 本 图 中,DUT 输 出 直 接 连 接 到 示 波 器 的 两 个 输 入, 每 个 输 入 的 输 入 阻 抗 均 为 50 欧 姆 高 性 能 示 波 器 一 般 都 会 提 供 SMA 输 入, 不 要 求 差 分 探 头 进 行 测 量 测 量 信 号 必 须 实 现 AC 耦 合, 因 为 示 波 器 端 接 到 接 地 上 与 有 源 探 测 中 一 样, 通 过 从 另 一 个 共 模 信 号 中 减 去 一 个 共 模 信 号, 可 以 得 到 差 模 波 形 在 使 用 这 种 技 术 时, 必 须 注 意 校 正 通 道 偏 移, 同 时 在 测 量 中 要 考 虑 与 DUT 到 示 波 器 输 入 的 电 缆 相 关 的 任 何 损 耗 如 图 22 所 示, 可 以 在 差 分 对 的 两 个 支 脚 上 进 行 共 模 AC 20 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 23. 真 正 的 差 分 SMA 探 测 真 正 的 差 分 SMA 连 接 图 23 显 示 了 为 满 足 发 射 机 路 径 一 致 性 测 量 而 设 计 的 新 型 示 波 器 探 头 SMA 输 入 差 分 探 头 特 别 适 合 在 插 件 到 插 件 或 插 件 到 电 缆 接 口 上 规 定 了 互 操 作 点 的 一 致 性 测 试 100 欧 姆 匹 配 端 接 网 络 把 差 分 信 号 的 两 个 支 脚 正 确 端 接 到 任 何 共 模 电 压 上 共 模 电 压 可 以 由 用 户 提 供, 在 某 些 情 况 下 直 接 由 示 波 器 提 供 图 23 演 示 了 真 正 的 差 分 SMA 探 头, 它 使 用 差 分 放 大 器 把 单 端 信 号 转 换 成 差 分 信 号, 而 不 需 要 校 正 通 道 偏 移 在 泰 克 P7380SMA( 带 有 SMA 输 入 的 差 分 信 号 采 集 系 统 ) 中, 它 在 制 造 时 在 探 头 外 面 校 准 匹 配 的 SMA 电 缆 的 相 关 损 耗, 比 伪 差 分 SMA 方 法 提 供 了 更 加 精 确 的 测 量 结 果, 后 者 需 要 校 准 电 缆 损 耗 或 把 电 缆 损 耗 作 为 余 量 考 虑 www.tektronix.com/oscilloscopes 21

图 24. 理 想 的 低 通 滤 波 器 的 脉 冲 响 应 模 拟 采 集 考 虑 因 素 系 统 性 能 推 动 着 测 量 精 度 在 为 关 键 高 速 测 量 选 择 解 决 方 案 时, 必 须 作 为 一 个 系 统 成 对 考 虑 示 波 器 和 探 头 仪 器 的 性 能 成 为 测 量 的 一 部 分 系 统 的 模 拟 采 集 特 点 及 其 数 字 化 规 范 在 提 供 有 意 义 的 测 量 结 果 中 都 发 挥 着 一 定 的 作 用 在 为 手 边 的 任 务 选 择 适 当 的 仪 器 时, 了 解 性 能 规 范 也 发 挥 着 关 键 作 用 评 估 采 集 系 统 的 性 能 带 宽 - 带 宽 是 指 示 波 器 输 入 电 路 ( 垂 直 放 大 器 ) 将 以 某 些 容 限 接 纳 的 频 率 范 围 仪 器 的 取 样 速 率 通 常 进 行 优 化, 以 处 理 同 一 频 率 范 围 必 需 保 证 系 统 带 宽 足 以 执 行 测 量 多 少 带 宽 才 算 足 够 呢? 回 答 这 一 问 题 取 决 于 被 测 信 号 的 频 率 成 分 把 示 波 器 输 入 想 象 成 理 想 的 砖 墙 滤 波 器, 把 5 Gb/s PCI Express 信 号 ( 发 送 101010 重 复 码 型 ) 作 为 完 美 的 2.5 GHz 方 波, 示 波 器 屏 幕 上 显 示 的 信 号 将 如 图 24 所 示 三 个 示 意 图 显 示 了 理 想 的 带 宽 滤 波 器 在 带 宽 变 化 时 发 生 的 情 况 注 意 只 通 过 第 三 个 谐 波 的 示 波 器 产 生 的 幅 度 和 转 换 时 间 误 差 要 远 远 超 过 通 过 第 五 个 谐 波 的 示 波 器 为 实 现 最 佳 的 信 号 保 真 度, 很 明 显 至 少 要 求 第 五 个 谐 波, 以 使 测 量 误 差 达 到 最 小 22 www.tektronix.com/oscilloscopes

(30 ps) 非 常 重 要 的 一 点 是 不 要 混 淆 示 波 器 的 传 统 上 升 时 间 指 标 ( 在 10-90% 电 平 上 测 得 ) 与 规 范 中 的 转 换 时 间 指 标 ( 在 20-80% 电 平 上 测 得 ) 由 于 这 一 原 因, 大 多 数 示 波 器 制 造 商 会 在 产 品 资 料 中 同 时 注 明 10-90% 和 20-80% 上 升 时 间 指 标 如 果 系 统 上 升 时 间 远 远 低 于 指 定 测 量, 那 么 精 度 要 更 高 例 如, 在 15 GHz 实 时 示 波 器 中,20-80% 上 升 时 间 指 标 是 19 ps, 在 最 快 的 Gen2 转 换 (30 ps) 中 会 图 25. 使 用 15 GHz 示 波 器 捕 获 的 5 Gb/s 信 号 在 实 践 中, 大 多 数 示 波 器 并 不 是 砖 墙 滤 波 器, 示 波 器 的 滚 降 特 点 会 对 信 号 保 真 度 产 生 巨 大 影 响 例 如,15 GHz 示 波 器 经 过 校 准 后 在 12.5 GHz 时 拥 有 平 坦 的 频 响 (0 db 的 损 耗 ); 其 3 db 下 降 点 是 15 GHz ; 在 17.5 GHz( 第 七 个 谐 波 ) 时 有 部 分 能 量 这 产 生 了 非 常 精 确 的 眼 图 响 应, 如 图 25 所 示, 因 为 它 测 量 高 速 BERT 发 生 器 的 5 Gb/s 输 出 图 中 的 模 板 表 示 Gen2 PCI Express 发 射 机 跳 变 位 模 板 如 果 使 用 带 宽 较 低 的 仪 器, 那 么 余 量 不 大 上 升 时 间 如 图 24 所 示, 带 宽 和 上 升 时 间 相 关 PCI Express 基 本 规 范 对 发 射 机 设 备 有 最 低 转 换 时 间 要 求 对 Gen1, 最 低 转 换 时 间 是 0.125 UI (50 ps), 对 Gen2 为 0.15 UI 产 生 5% 的 转 换 时 间 测 量 误 差 第 五 个 谐 波 精 度 是 发 射 机 一 致 性 测 试 的 最 低 要 求 ( 在 SerDes 针 脚 上 ) 带 宽 高 达 70 GHz 及 上 升 时 间 低 达 5 ps (10-90%) 的 取 样 示 波 器 可 以 实 现 更 高 的 精 度, 以 检 定 系 统 对 CEM 和 其 它 互 连 测 试 点 的 下 行 测 量, 使 用 带 宽 较 低 ( 上 升 时 间 较 慢 ) 的 示 波 器 通 常 是 不 够 的 其 原 因 是 一 旦 信 号 电 平 离 开 发 射 机 针 脚, 并 沿 着 铜 缆 传 输 通 道 传 送, 那 么 将 进 一 步 滤 波 信 号, 降 低 信 号 的 第 五 个 谐 波 成 分 如 果 信 号 的 转 换 时 间 下 降 到 其 占 单 位 间 隔 很 高 的 百 分 比, 在 使 用 带 宽 较 低 的 仪 器 时, 上 升 时 间 和 幅 度 误 差 会 大 大 下 降 但 是, 了 解 能 否 使 用 带 宽 较 低 的 示 波 器 获 得 精 确 测 量 的 真 正 方 式 是 使 用 拥 有 第 五 个 谐 波 性 能 的 仪 器 进 行 同 一 测 量, 并 比 较 结 果 www.tektronix.com/oscilloscopes 23

取 样 速 率 在 实 时 示 波 器 中, 内 奎 斯 特 取 样 定 理 定 义 了 精 确 重 建 模 拟 信 号 要 求 的 取 样 速 率 这 一 定 理 规 定 为 捕 获 足 够 的 数 据 精 确 重 建 波 形, 要 求 的 取 样 速 率 要 比 输 入 信 号 的 最 高 频 率 成 分 高 两 倍 因 此,15 GHz 输 入 带 宽 的 仪 器 可 以 有 40 GS/s 的 取 样 速 率 在 取 样 示 波 器 中, 取 样 速 率 要 低 几 倍, 但 不 是 主 要 性 能 指 标 内 插 - 对 拥 有 快 速 转 换 时 间 的 信 号 ( 如 PCI Express 中 的 30-50 ps 转 换 ), 取 样 的 数 据 的 sin (x) /x 内 插 提 高 了 基 于 幅 度 的 测 量 和 眼 图 的 精 度 应 把 内 插 系 数 设 置 成 保 证 至 少 有 三 个 样 点 发 生 在 被 测 边 沿 上 对 于 在 差 分 信 号 的 开 关 门 限 或 零 电 平 上 获 取 参 考 电 平 的 抖 动 测 量, 内 插 对 结 果 的 影 响 一 般 可 以 忽 略 不 计 某 些 实 时 示 波 器 作 为 采 集 路 径 的 一 部 分 提 供 了 sin (x) /x 内 插 ; 它 是 默 认 的 内 插 方 式 这 提 供 了 捕 获 结 果, 而 不 会 降 慢 波 形 和 测 量 吞 吐 量 本 底 噪 声 - 在 实 时 示 波 器 中, 可 以 使 用 信 号 上 的 时 间 间 隔 误 差 (TIE) 的 随 机 成 分 定 义 抖 动 本 底 噪 声 (JNF), 其 中 要 去 掉 所 有 数 据 相 关 抖 动 通 过 为 示 波 器 输 入 提 供 理 想 的 时 钟 信 号 (101010) 重 复 码 型, 测 量 TIE 的 标 准 偏 差 (RMS), 可 以 直 接 测 量 本 底 噪 声 性 能 最 高 的 实 时 示 波 器 提 供 了 一 般 <400 fs RMS 的 抖 动 本 底 噪 声 由 于 较 低 的 本 底 噪 声 和 较 高 的 数 字 转 换 器 分 辨 率, 类 似 设 置 的 取 样 示 波 器 ( 但 不 是 实 时 示 波 器 ) 的 抖 动 本 底 噪 声 一 般 为 <200 fs RMS 实 时 示 波 器 有 8 位 数 字 转 换 器 分 辨 率 DC, 而 取 样 示 波 器 则 提 供 了 14 位 分 辨 率 如 前 所 述, 实 时 示 波 器 较 低 的 分 辨 率 与 输 入 放 大 器 导 致 的 噪 声 相 结 合, 使 得 相 对 JNF 要 高 出 两 倍 记 录 长 度 - 实 时 示 波 器 中 的 记 录 长 度 基 本 上 定 义 了 可 以 捕 获 的 信 号 的 频 率 成 分 这 在 测 量 抖 动 时 特 别 重 要 在 捕 获 时, 只 能 测 量 TIE 的 低 频 成 分 ( 抖 动 频 谱 ) 长 记 录 长 度 示 波 器 可 以 以 全 部 取 样 速 率 捕 获 这 些 频 率 例 如, 在 100M 记 录 长 度 时, 可 以 以 50 ps/pt 的 速 率 捕 获 5 ms 的 波 形 数 据 这 代 表 着 12.5 M UI 的 Gen1 PCI Express 业 务 或 150 个 周 期 的 扩 频 时 钟 在 PCI Express 中, 低 频 抖 动 问 题 导 致 Rev1.1 规 范 要 求 1M UI 的 统 计 确 定 性 为 在 一 次 采 集 中 捕 获 1M UI, 示 波 器 必 须 要 有 最 低 8M 的 记 录 长 度 为 了 滤 出 高 频 成 分, 从 数 据 信 号 中 解 析 30 KHz SSC 廓 线, 必 须 捕 获 超 过 10 个 周 期 (333us) 或 13M 的 数 据 触 发 - 在 实 时 示 波 器 中, 触 发 性 能 在 调 试 应 用 中 至 关 重 要 为 捕 获 可 能 会 导 致 误 码 的 异 常 信 号, 仪 器 必 须 能 够 以 信 号 相 同 的 带 宽 触 发 采 集 例 如,5 Gb/s 信 号 中 的 异 常 信 号 可 能 是 宽 约 100 ps 的 毛 刺 在 系 统 级, 触 发 特 定 符 号 可 能 也 非 常 重 要 下 一 章 介 绍 了 可 以 使 用 泰 克 独 特 的 触 发 系 统 调 试 PCI Express 设 计 问 题 的 部 分 用 例 24 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 26a. 检 测 到 的 误 码 图 26b. 触 发 误 码 Pinpoint 触 发 和 数 据 解 码 工 具 调 试 链 路 定 位 和 触 发 误 码 通 常 在 进 行 信 号 完 整 性 测 量 过 程 中, 会 发 生 意 想 不 到 的 行 为, 表 明 可 能 存 在 设 计 问 题 在 这 些 情 况 下, 调 试 设 计 变 得 至 关 重 要, 以 迅 速 隔 离 和 解 决 问 题 通 常 可 以 结 合 使 用 分 析 工 具 和 仪 器 的 触 发 系 统, 指 明 这 些 问 题 图 26a 表 明 了 RT-Eye 软 件 检 测 到 一 个 不 频 繁 的 误 码 乍 一 看, 其 似 乎 是 2.5 Gb/s 数 据 内 部 随 机 地 不 频 繁 地 发 生 的 一 个 200 ps 脉 冲 通 过 启 动 RT-Eye 软 件 的 误 码 定 位 程 序, 可 以 同 时 显 示 眼 图 ( 左 上 图 ) 和 采 集 的 波 形 ( 右 上 图 ) 在 超 出 模 板 时, 在 波 形 图 上 用 红 点 高 亮 度 显 示 超 出 模 板 的 每 个 样 点 通 过 放 大 波 形 图 细 节 ( 底 部 ), 可 以 发 现 异 常 信 号 的 真 实 特 点 失 败 的 位 实 际 上 是 宽 600 ps 的 位! 现 在 已 经 发 现 失 败 的 位, 怎 样 进 行 调 试 呢? 由 于 我 们 知 道 脉 冲 宽 600 ps, 我 们 可 以 设 置 脉 宽 触 发 器, 只 在 发 生 600 ps 脉 冲 时 才 触 发 示 波 器 图 26b 显 示 了 确 定 数 据 流 中 宽 600 ps 的 脉 冲 的 触 发 设 置, 可 以 进 一 步 考 察 根 本 原 因 www.tektronix.com/oscilloscopes 25

图 27a. 从 波 形 中 解 码 数 据 图 27b. 触 发 四 个 符 号 的 任 意 组 合 检 验 和 触 发 8b/10b 符 号 除 PHY 模 拟 部 分 发 生 的 误 码 外, 非 常 重 要 的 一 点 是 通 过 链 路 传 输 正 确 的 数 字 数 据 尽 管 训 练 眼 图 可 以 查 看 模 拟 波 形, 并 转 换 成 符 号 (K28.5, D10.2 等 等 ), 但 这 样 做 会 非 常 麻 烦, 而 且 容 易 出 错 通 过 使 用 配 有 PTD( 协 议 触 发 和 解 码 ) 软 件 的 实 时 示 波 器 ( 图 27a), 将 从 采 集 的 波 形 中 自 动 解 码 数 据 ( 底 部 ), 另 外 还 会 提 供 符 号 列 表 ( 中 间 ), 从 而 可 以 检 验 数 字 数 据 图 27b 显 示 了 PTD 软 件 的 触 发 设 置 菜 单, 可 以 触 发 数 据 的 任 何 4 个 符 号 (40 位 ) 基 于 SerDes 的 触 发 技 术 还 可 以 实 时 触 发 奇 偶 和 字 符 错 误 26 www.tektronix.com/oscilloscopes

数 字 检 验 和 调 试 物 理 层 一 致 性 测 试 通 常 是 艰 辛 的 长 期 产 品 开 发 流 程 的 最 后 一 个 环 节 但 在 一 致 性 测 试 之 前 和 之 后 还 有 许 多 其 它 问 题 毕 竟, 设 备 不 仅 要 传 送 脉 冲, 还 要 传 送 有 效 的 二 进 制 数 据 在 上 面 的 讨 论 中, 没 有 什 么 东 西 证 明 设 备 能 够 在 数 据 级 和 协 议 级 提 供 正 确 的 信 息 与 一 致 性 测 试 准 备 工 作 一 样, 在 数 据 级 和 协 议 级 进 行 调 试 诊 断 和 设 计 检 验 在 很 大 程 度 上 也 是 项 目 的 一 部 分 这 意 味 着, 这 里 需 要 使 用 逻 辑 分 析 仪, 作 为 整 体 而 不 是 各 个 脉 冲 特 点 采 集 和 解 释 数 据 在 逻 辑 分 析 仪 的 数 字 环 境 中, 捕 获 数 据 生 成 了 总 线 活 动 的 定 时 图 串 行 数 据 扇 出 为 并 行 形 式, 存 储 在 仪 器 的 存 储 器 中 通 过 相 应 的 解 码 工 具, 甚 至 可 以 分 解 这 些 记 录 的 数 据, 帮 助 工 程 师 确 认 正 确 执 行 高 级 程 序 指 令 尽 管 本 文 主 要 介 绍 模 拟 测 试 挑 战 和 解 决 方 案, 但 有 必 要 考 察 逻 辑 分 析 仪 系 统, 这 些 系 统 可 以 在 PCI Express 测 量 中 有 效 补 充 示 波 器 和 信 号 源 www.tektronix.com/oscilloscopes 27

图 28. PCI Express Mid-bus 探 头 连 接 盘 探 测 意 味 着 进 行 适 当 连 接 所 有 测 量 都 从 探 测 开 始, 保 持 信 号 保 真 度 与 模 拟 采 集 一 样 重 要 我 们 在 上 面 讨 论 了 怎 样 使 用 配 有 SMA 连 接 器 的 夹 具 原 型 设 备, 为 示 波 器 提 供 最 大 的 信 号 保 真 度 逻 辑 分 析 仪 为 这 种 方 法 提 供 了 自 己 的 解 决 方 案, 并 考 虑 了 相 同 的 信 号 保 真 度 目 标 在 2.5 Gb/s 及 更 高 频 率 上, 简 单 地 夹 上 常 用 的 逻 辑 分 析 仪 探 头 是 不 够 的 飞 线 和 微 型 夹 子 会 引 起 接 地 环 路 和 其 它 不 可 预 测 的 模 拟 效 应 甚 至 把 信 号 路 由 到 针 头 也 会 影 响 低 压 高 频 串 行 信 号 它 们 不 能 容 忍 短 电 线 或 连 接 器 引 起 的 损 耗 相 反, 在 电 路 板 布 局 过 程 中 必 须 考 虑 探 测 方 法 PCI Express 标 准 化 探 测 方 法 是 mid-bus 探 头 接 口 图 28 显 示 了 mid-bus 探 头 的 体 积 28 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 29. PCI Express Mid-bus 探 头 连 接 盘 与 基 于 连 接 器 的 接 入 点 不 同, 在 不 使 用 探 头 时, 连 接 盘 几 乎 对 信 号 没 有 任 何 影 响 当 然, 连 接 盘 要 求 逻 辑 分 析 仪 探 头 上 拥 有 匹 配 的 模 型 图 29 中 的 探 头 是 为 这 一 目 的 专 门 设 计 的 很 明 显, 其 目 标 是 使 探 头 的 负 荷 影 响 达 到 最 小 但 是, 任 何 探 头 都 会 影 响 信 号 损 耗 预 算 高 速 信 号 对 探 头 的 阻 抗 非 常 灵 敏, 特 别 是 其 电 容 负 荷 在 信 号 的 带 宽 提 高 时, 探 头 电 容 的 影 响 也 会 提 高 PCI Express 采 集 使 用 的 理 想 探 头 拥 有 下 述 特 点 : 高 模 拟 带 宽 高 阻 抗 低 电 容 最 小 的 残 桩 效 应 www.tektronix.com/oscilloscopes 29

图 30. 在 本 例 中, 逻 辑 视 图 解 扰 校 正 偏 移 和 解 码 数 据, 把 各 位 设 置 成 正 确 的 奇 偶 性 结 果 以 十 六 进 制 数 据 流 显 示 采 集 信 号 : 从 分 组 信 号 到 并 行 信 号 串 行 信 号 提 供 几 位 宽 的 深 数 据 包 ; 并 行 信 号 表 现 为 1 位 深 但 很 多 位 宽 的 字 的 形 式 逻 辑 分 析 仪 固 有 并 行 结 构, 许 多 通 道 ( 位 ) 同 时 接 收 数 据 但 由 于 专 用 处 理 器 和 总 线 支 持 软 件, 逻 辑 分 析 仪 可 以 象 并 行 数 据 一 样 随 时 采 集 和 分 析 串 行 数 据 广 泛 的 处 理 器 和 总 线 支 持 软 件 是 一 流 逻 辑 分 析 仪 的 主 要 特 点 图 30 说 明 了 逻 辑 分 析 仪 画 面 怎 样 区 分 串 行 数 据, 并 以 逻 辑 和 电 气 子 块 格 式 显 示 这 些 数 据 触 发 是 调 试 效 率 的 关 键 对 任 何 逻 辑 分 析 仪 来 说, 决 定 其 性 能 的 因 素 之 一 是 触 发 系 统 的 灵 活 性 在 与 为 某 种 串 行 标 准 (PCI Express) 设 计 的 配 套 软 件 相 结 合 时, 逻 辑 分 析 仪 提 供 了 先 进 的 触 发 功 能, 可 以 简 便 地 隔 离 和 捕 获 指 定 事 件 在 逻 辑 分 析 仪 允 许 触 发 ( 快 速 ) 事 件 或 其 它 分 组 单 元 ( 如 控 制 符 号 ) 时, 可 以 迅 速 推 进 调 试 工 作 某 些 仪 器 甚 至 包 30 www.tektronix.com/oscilloscopes

图 31. 逻 辑 分 析 仪 触 发 模 板 括 触 发 模 板, 如 图 31 所 示 模 板 进 行 预 置 ( 出 厂 时 提 供 或 用 户 定 制 ), 用 户 可 以 填 表, 指 定 感 兴 趣 的 事 件 可 以 针 对 每 种 串 行 协 议 的 独 特 要 求, 优 化 模 板 字 段 分 析 结 果 在 采 集 结 束 时, 存 储 的 数 据 必 须 解 码 成 有 意 义 的 结 果, 并 以 相 应 的 方 式 显 示 总 线 支 持 套 件 包 括 完 善 的 软 件 工 具, 可 以 使 用 列 表 窗 口, 在 分 组 式 视 图 中 分 解 解 码 和 显 示 捕 获 的 数 据, 如 图 32 所 示 这 是 从 X8 PCI Express 总 线 上 获 得 的 采 集 结 果 图 32a 显 示 了 逻 辑 分 析 仪 提 供 的 列 表 显 示 显 示 中 包 括 三 个 单 元 : 分 组 / 控 制 符 号 摘 要 分 组 / 控 制 符 号 各 字 段 的 详 细 解 码 以 及 原 始 数 据 色 码 把 这 三 个 单 元 中 的 文 字 隔 开, 在 分 组 / 控 制 符 号 摘 要 中 把 控 制 符 号 与 分 组 区 别 开 颜 色 还 可 以 区 分 细 节 栏 中 请 求 和 响 应 分 组 的 事 务 和 操 作 等 级 图 32b 显 示 了 同 一 数 据 的 波 形 视 图 在 配 备 优 化 的 配 套 软 件 包 时, 逻 辑 分 析 仪 提 供 了 高 级 分 解 功 能, 如 深 入 捕 获 与 发 送 端 口 和 接 收 端 口 相 关 的 板 载 处 理 器 活 动, 同 时 深 入 显 示 这 些 端 口 反 汇 编 程 序 为 物 理 层 中 的 各 个 字 段 提 供 了 控 制 符 号 解 码 和 显 示 功 能 ; 对 物 理 层 传 输 层 和 逻 辑 协 议 层 中 的 各 个 字 段 提 供 了 分 组 解 码 和 显 示 功 能 ; 并 同 时 解 码 发 送 数 据 端 口 和 接 收 数 据 端 口 www.tektronix.com/oscilloscopes 31

图 32a. X8 PCI Express 链 路 的 列 表 显 示 图 32b. X8 PCI Express 链 路 的 波 形 显 示 32 www.tektronix.com/oscilloscopes

PCI Express 测 量 解 决 方 案 概 述 目 前 应 该 明 确 的 是, 串 行 一 致 性 测 量 要 求 高 性 能 测 量 仪 器 资 源 PCI Express 检 验 和 一 致 性 测 试 及 调 试 任 务 中 最 常 用 的 仪 器 有 五 种 示 波 器 测 量 有 源 PHY 电 气 部 分 的 首 选 工 具 是 高 性 能 示 波 器 一 流 的 数 字 示 波 器 可 以 以 非 常 好 的 信 号 完 整 性, 捕 获 几 千 兆 位 范 围 内 的 波 形 一 旦 从 串 行 码 流 中 恢 复 时 钟, 示 波 器 可 以 从 波 形 中 创 建 眼 图 示 波 器 创 建 的 眼 图 可 以 很 好 地 查 看 信 号 特 点 它 提 供 了 全 面 的 内 置 测 量 库, 立 即 量 化 评 估 眼 图 和 采 集 的 波 形 使 用 专 用 工 具 进 一 步 进 行 处 理, 可 以 得 到 时 间 间 隔 误 差 (TIE) 可 以 分 析 TIE, 把 随 机 抖 动 和 确 定 性 抖 动 分 开, 通 过 这 种 分 析, 还 可 以 估 算 10-12 误 码 率 (BER) 时 的 总 抖 动 除 把 多 种 仪 器 的 功 能 融 合 到 一 部 仪 器 中 外, 示 波 器 还 提 供 了 其 它 优 势 : 探 测 灵 活 性 丰 富 的 显 示 功 能 触 发 功 能 等 等 实 时 (RT) 示 波 器 实 时 示 波 器 捕 获 连 续 的 相 邻 数 据 记 录 在 串 行 链 路 分 析 中, 示 波 器 必 需 从 每 个 位 中 至 少 捕 获 多 个 样 点 当 前 一 流 的 数 字 存 储 示 波 器 (DSO) 数 字 荧 光 示 波 器 (DPO) 和 数 字 串 行 分 析 仪 (DSA) 可 以 实 现 直 到 25 ps 的 样 点 间 分 辨 率 (40 GS/s 的 取 样 速 率 ); 由 于 高 达 15 GHz 的 带 宽, 它 们 可 以 以 高 达 8Gb/s 的 速 率 检 定 信 号 实 时 示 波 器 的 连 续 实 时 记 录 功 能 提 供 了 特 定 的 优 势 : 数 字 信 号 处 理 (DSP) 软 件 算 法 可 以 从 数 字 化 串 行 数 据 码 流 中 恢 复 嵌 入 式 时 钟 这 种 基 于 软 件 的 时 钟 恢 复 方 法 是 最 灵 活 的 方 法, 此 外, 它 不 需 要 时 钟 恢 复 硬 件, 自 然 也 没 有 时 钟 恢 复 硬 件 中 不 能 避 免 的 抖 动 由 于 最 优 秀 的 实 时 示 波 器 中 的 信 号 路 径 可 以 实 现 仪 器 带 宽 或 接 近 仪 器 带 宽, 因 此 可 以 使 用 这 些 实 时 示 波 器 中 硬 件 触 发 器 的 全 面 触 发 功 能, 触 发 感 兴 趣 的 数 据 或 事 件, 其 通 常 会 捕 获 频 率 非 常 低 的 通 过 其 它 方 式 看 不 到 的 事 件 实 时 捕 获 数 据 可 以 以 最 少 的 限 制 分 析 数 据 ; 它 捕 获 了 仪 器 的 整 个 带 宽, 因 此 抖 动 频 谱 信 息 非 常 全 面, 对 所 有 抖 动 类 型 都 没 有 假 信 号 ; 即 使 完 全 随 机 的 数 据, 也 可 以 被 捕 获 和 存 储 / 解 码 最 后, 数 据 捕 获 的 完 整 性 在 调 试 意 想 不 到 的 不 可 预 测 的 行 为 中 具 有 重 要 的 意 义 www.tektronix.com/oscilloscopes 33

等 时 (ET) 取 样 示 波 器 等 时 取 样 示 波 器 是 以 非 常 高 的 速 度 分 析 信 号 完 整 性 的 示 波 器, 也 称 为 取 样 示 波 器 及 通 信 ( 信 号 ) 分 析 仪 这 些 仪 器 的 最 大 带 宽 可 以 达 到 70 +GHz, 能 够 分 析 从 低 于 1 Gb/s 直 到 40 Gb/s 以 上 速 率 的 光 接 口 信 号 和 电 接 口 信 号 由 于 取 样 示 波 器 不 企 图 以 实 时 速 度 捕 获 数 据, 它 们 有 机 会 实 现 更 精 确 的 信 号 捕 获 能 力, 所 以 取 样 示 波 器 提 供 了 更 高 的 数 字 转 换 器 分 辨 率 和 杰 出 的 噪 声 性 能, 这 两 个 特 点 都 特 别 适 合 采 集 当 前 串 行 链 路 中 的 低 压 信 号 类 似 的, 由 于 只 在 等 时 顺 序 中 捕 获 样 点, 因 此 它 们 之 间 可 以 间 隔 几 飞 秒, 消 除 了 与 取 样 间 间 隔 或 内 插 有 关 的 任 何 问 题 另 一 方 面, 抖 动 分 析 要 更 加 复 杂, 有 时 会 限 制 被 测 信 号, 如 限 定 在 重 复 码 型 由 于 带 宽 高, 取 样 示 波 器 还 提 供 了 TDR 和 S 参 数 测 量 功 能, 而 不 需 要 单 独 的 VNA( 矢 量 网 络 分 析 仪 ) 在 串 行 数 据 设 备 上 执 行 S 参 数 测 量 取 样 示 波 器 还 配 有 时 钟 恢 复 功 能 ; 在 这 种 情 况 下, 时 钟 恢 复 功 能 由 硬 件 提 供 某 些 实 时 示 波 器 采 用 硬 件 时 钟 恢 复 功 能 同 时 提 供 了 实 时 (RT) 眼 图 和 等 时 (ET) 眼 图 读 取 技 术, 每 种 技 术 都 有 自 己 的 优 点 信 号 源 良 好 的 高 速 工 程 设 计 方 法 是 在 实 际 环 境 条 件 下 对 设 计 执 行 测 试 尽 可 能 模 拟 这 些 条 件 的 适 当 工 具 是 程 控 信 号 源 以 当 前 的 数 据 速 率 生 成 测 试 信 号 要 求 高 速 数 据 定 时 发 生 器 (DTG) 和 任 意 波 形 发 生 器 (AWG) 如 果 没 有 这 些 仪 器, 那 么 没 有 任 何 方 式 测 试 和 检 验 新 的 物 理 层 设 计 许 多 信 号 源 可 以 重 放 示 波 器 捕 获 的 信 号 信 号 可 以 作 为 参 考 信 号, 也 可 以 进 行 修 改, 测 试 被 测 设 备 的 极 限 数 据 定 时 发 生 器 特 别 适 合 生 成 由 并 行 数 据 组 成 的 多 条 通 道 流, 当 前 最 先 进 的 仪 器 可 以 支 持 最 多 96 条 通 道 这 些 工 具 提 供 了 3.3 Gb/s 的 数 据 速 率 同 时, 这 些 先 进 仪 器 提 供 了 一 系 列 信 号 处 理 功 能, 包 括 独 立 电 平 上 升 / 下 降 时 间 和 抖 动 控 制 功 能 高 速 数 字 信 号 不 可 避 免 地 拥 有 模 拟 特 点 任 意 波 形 发 生 器 可 以 在 总 线 通 道 上 提 供 拥 有 模 拟 成 分 的 激 励 信 号 ( 通 常 表 明 损 耗 ) AWG 能 够 提 供 任 何 类 型 或 形 状 的 波 形, 广 泛 用 于 设 计 和 制 造 中 当 前 AWG 拥 有 超 过 4 GS/s(2 GHz 带 宽 ) 的 取 样 速 率, 相 当 于 4 Gb/s 的 数 据 速 率 34 www.tektronix.com/oscilloscopes

逻 辑 分 析 仪 逻 辑 分 析 仪 是 测 量 格 式 化 串 行 数 据 ( 而 不 是 单 独 的 脉 冲 特 点 ) 的 首 选 工 具 与 RT 和 ET 示 波 器 不 同, 逻 辑 分 析 仪 捕 获 二 进 制 数 据, 用 时 钟 周 期 和 边 沿 转 换 表 示 数 据 逻 辑 分 析 仪 的 用 途 是 简 化 串 行 传 输 纯 数 字 方 面 的 采 集 和 分 析 工 作 为 完 成 调 试 串 行 总 线 的 使 命, 它 必 须 提 供 与 高 速 总 线 需 求 相 一 致 的 特 点 : 高 取 样 速 率 深 内 存 灵 活 的 触 发 和 同 步 能 力 等 等 与 示 波 器 一 样, 它 必 须 提 供 影 响 低 的 探 测 工 具 小 结 PCI Express 技 术 已 经 投 入 使 用, 随 着 计 算 机 市 场 需 要 的 数 据 速 率 越 来 越 快, 这 种 技 术 的 重 要 性 注 定 也 将 增 长 设 计 和 检 验 工 程 师 需 要 学 习 新 的 可 能 并 不 熟 悉 的 学 科 - 串 行 一 致 性 测 量, 与 此 同 时, 他 们 面 临 着 更 紧 迫 的 开 发 时 间 和 快 速 变 化 的 标 准 幸 运 的 是, 业 内 拥 有 PCI-SIG 之 类 的 工 作 小 组, 正 在 着 手 稳 定 技 术, 传 播 与 设 计 结 构 和 一 致 性 测 试 要 求 有 关 的 信 息 同 时, 从 实 时 示 波 器 和 取 样 示 波 器 到 逻 辑 分 析 仪 和 信 号 源 的 各 种 测 量 工 具, 可 以 帮 助 工 程 师 迎 接 PCI Express 测 量 挑 战 这 些 解 决 方 案 提 供 了 杰 出 的 性 能, 可 以 捕 获 显 示 和 分 析 最 复 杂 的 串 行 信 号 由 于 这 些 创 新 的 自 动 工 具, 工 程 师 可 以 迅 速 简 便 地 执 行 一 致 性 测 试 和 检 验 测 试, 加 快 产 品 开 发 周 期 www.tektronix.com/oscilloscopes 35

DSA70000 系 列 DSA70000 系 列 是 新 一 代 实 时 DPO, 为 解 决 极 具 挑 战 性 的 信 号 完 整 性 问 题 提 供 了 业 内 最 优 秀 的 解 决 方 案 TDS6000B/C 系 列 TDS6000B/C DSO 系 列 提 供 了 完 善 的 性 能 和 功 能 集, 可 以 解 决 检 验 调 试 和 一 致 性 测 试 挑 战 Pinpoint 触 发 技 术 提 供 了 1,400 多 种 组 合, 可 以 更 快 地 解 决 问 题 TDS8200 系 列 TDS8200 系 列 是 为 要 求 几 十 GHz 带 宽 的 应 用 研 究 设 计 评 估 和 制 造 测 试 而 开 发 的 TLA7000 系 列 TLA7000 系 列 提 供 了 突 破 性 的 数 字 系 统 分 析 工 具, 可 以 捕 获 和 分 析 复 杂 问 题 的 来 源 TLA7000 系 列 为 捕 获 复 杂 问 题 来 源 提 供 了 所 需 的 速 度, 同 时 使 用 大 显 示 器 和 快 速 系 统 数 据 吞 吐 量 提 供 了 用 户 想 要 的 查 看 能 力 与 Tektronix 联 系 : 奥 地 利 +41 52 675 3777 巴 尔 干 半 岛 以 色 列 南 非 及 其 它 ISE 国 家 / 地 区 +41 52 675 3777 巴 西 和 南 美 55 (11) 3741-8360 比 利 时 07 81 60166 波 兰 +41 52 675 3777 丹 麦 +45 80 88 1401 德 国 +49 (221) 94 77 400 东 南 亚 国 家 联 盟 / 澳 大 拉 西 亚 (65) 6356 3900 俄 罗 斯 独 联 体 +7 (495) 748 4900 法 国 和 北 非 +33 (0) 1 69 86 81 81 芬 兰 +41 52 675 3777 韩 国 82 (2) 528-5299 荷 兰 090 02 021797 加 拿 大 1 (800) 661-5625 卢 森 堡 +44 (0) 1344 392400 美 国 1 (800) 426-2200 墨 西 哥 中 美 洲 和 加 勒 比 海 52 (55) 56666-333 南 非 +27 11 254 8360 挪 威 800 16098 欧 洲 中 东 地 区 乌 克 兰 和 波 罗 地 海 +41 52 675 3777 葡 萄 牙 80 08 12370 日 本 81 (3) 6714-3010 瑞 典 020 08 80371 瑞 士 +41 52 675 3777 台 湾 886 (2) 2722-9622 西 班 牙 (+34) 901 988 054 香 港 (852) 2585-6688 意 大 利 +39 (02) 25086 1 印 度 (91) 80-22275577 英 国 和 爱 尔 兰 +44 (0) 1344 392400 中 东 亚 洲 和 北 非 +41 52 675 3777 中 华 人 民 共 和 国 86 (10) 6235 1230 中 欧 和 希 腊 +41 52 675 3777 其 他 地 区 请 联 系 Tektronix 公 司 1 (503) 627-7111 最 后 更 新 日 期 :2006 年 2 月 28 日 DTG5000 系 列 DTG5000 系 列 把 数 据 发 生 器 的 处 理 能 力 与 脉 冲 发 生 器 组 合 到 一 个 通 用 的 台 式 仪 器 中 其 模 块 化 平 台 可 以 简 便 地 根 据 现 有 需 求 和 新 兴 需 求, 配 置 仪 器 性 能, 最 大 限 度 地 降 低 设 备 成 本 如 需 了 解 更 多 产 品 信 息, 请 访 问 泰 克 公 司 网 站 www.tektronix.com 2006 年 Tektronix. 版 权 所 有 全 权 所 有 Tektronix 产 品, 不 论 已 获 得 专 利 和 正 在 申 请 专 利 者, 均 受 美 国 和 外 国 专 利 法 的 保 护 本 文 提 供 的 信 息 取 代 所 有 以 前 出 版 的 资 料 本 公 司 保 留 变 更 技 术 规 格 和 售 价 的 权 利 TEKTRONIX 和 TEK 是 Tektronix, Inc. 的 注 册 商 标 本 文 提 及 的 所 有 其 它 商 号 分 别 为 其 各 自 所 有 公 司 的 服 务 标 志 商 标 或 注 册 商 标 1/06 FLG/BT 4HC-19375-0