PCIE的LeCroy测试方案简介.doc
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PCI－E的LeCroy测试方案简介
目录TableofContents
1 测试方案简介 6
2 测试设备及附件使用介绍 6
2.1 示波器选用及设置 6
2.2 测试夹具使用 7
2.3 测试设备的连接 8
2.4 测试码型 9
2.5 仪器校准 10
2.5.1 通道相位飘移校准 10
2.5.2 差分探头校准 11
3 PCI-E的测试原理及相关技术 11
3.1 PCI-E的测试原理 11
3.2 SSC技术 12
3.3 预加重技术 13
4 测试方法及步骤 14
4.1 简单测量模式 14
4.2 一致性测试模式 16
4.3 Checklist测试模式 17
4.4 测试方案综述 20
5 参考文献：
21
第18页,共18页
PCI－E的LeCroy测试方案简介
1测试方案简介
目前对于PCI-E，为判别其是否合乎PCI-SIG制定的规范要求，Agilent、LeCroy、Tektronix等示波器厂商，均开发出相关的测试仪器和软件进行PCI-E的一致性鉴定，由于PCI-E认证对于PCI-E的产品来说并非强制性测试，为达到产品之间使用的兼容性，PCI-E总线的一致性测试结果就作为业内人士参考的重要依据。
本文主要介绍LeCroy的PCI－E测试解决方案，即介绍如何利用LeCroy示波器来执行针对PCI-Express总线的测试。
LeCroy公司为解决PCI-E的一致性测试而开发出测试软件SDA-PCIE-G2，该软件基于PCI-SIG组织发布的最新标准（PCI-E2.0），主要应用在串行信号分析仪SDA6000A，SDA6020，SDA11000上，可以进行PCI-E2.0测试，并兼容前两个版本的测试，其设计的主要目的在于：
1.根据PCI-SIG指定的标准，对PCI-E设备进行一致性测试；2.该软件利用Intel认证的DLL并将其整和入X-Relay的软件包中，以便对关键参数进行量测。
2测试设备及附件使用介绍
2.1示波器选用及设置
由于PCI-E1.0/1.1的速率为2.5bps，PCI-SIG建议量测的示波器的带宽至少6GHz,采样速率20GSps以上，PCI-E2.0的速率达到5Gbps，示波器的带宽要求10G以上。
在采用SSC技术时候，由于SSC调制时钟的频率都相对较低，要分辨调制波形至少需要测试其两个周期以上的波形，一般推荐存储深度16M以上。
LeCroy公司推出的用于测试PCI-E信号并且可以运行SDA-PCIE-G2软件的测试仪器有：
SDA6000A，SDA6020，SDA11000，其中前二者只能用于PCI-E第一代的测试，匹配使用的是差分探头差分探头D6000，SDA11000可以用于PCI-E2.0的测试，匹配使用的探头是D11000PS，它们分别的指标如下：
SDA6000A：
SDA6020：
SDA11000：
2.2测试夹具使用
对于单板上的总线信号，可以使用差分探头直接进行测量，但是由于我们被测设备可能是主机板，也可能是一个PCI-E插卡，对于这种插卡或者插槽上的信号，PCI-SIG推出两种专门的测试夹具，分别被称为CLB（ComplianceLoadBoard）和CBB（ComplianceBaseBoard）。
CLB用来测试系统的主板，CBB用来测试插卡。
这两种夹具主要是接在计算机主板的PCI插槽上使用。
两种夹具示意图和使用方法图如下：
图1CLB夹具及测试组网示意图
CLB是测试负载板，对应的是主板测试，主要用来测试主板上的北桥或南桥芯片组，其四个边缘分别是×1，X4，X8，X16的金手指，主要是插在主板上对应槽位的PCI-E插槽上，从示波器通道引出的SMA线缆接至CLB上的对应测试点。
图2CBB夹具及测试组网示意图
CBB是测试基板，被测的插卡设备插入CBB上的对应槽位，SMA线缆从示波器接至CBB上的相应测试点。
ATXPS是CBB板的接入电源的连接器，通过外部电源对CBB板进行供电，而CLB板无需外部电源供电。
2.3测试设备的连接
使用差分探头的连接方式如下，差分探头直接点测接收端的信号：
图3使用差分探头测量时连接方式
使用SMA线缆时候，就直接将SMA探头连接示波器和测试夹具上的对应的测试点。
图4使用SMA线缆测量时的连接方式
注：
对于差分探头和SMA线缆的测试准确度，LeCroy反馈是二者大致相同。
2.4测试码型
PCI-E物理层信令的特点之一就是要内置一致型的测试码型，在PCI-E设备外接一致性的测试负载（CLB/CBB）时，将自动向链路上发送一致性测试码型，示波器通过采集分析该码型来得到信号的抖动和眼图测试结果。
测试单板内部的总线信号时，就直接用差分探头测试总线上的业务信号即可。
图5PCI-E一致性测试时使用的测试码型
2.5仪器校准
2.5.1通道相位飘移校准
为了解决不同通道之间可能存在的相位漂移，必须对通道间的相位漂移进行校准。
图6通道间相位漂移校准
1.通过T型连接器和SMA线缆将校准信号引入两个通道，使得两个通道的输入信号相同；
2.打开对应的通道的垂直设置窗口，将其中的‘Interpolation’项选为‘SinX/X’，内插方式为正弦方式；
图7通道偏移校准的垂直设置
3.选中‘Invert’项；
4.创建差分波形：
在‘Math’的下拉菜单中选‘MathSetup’，在Operator1的框中选择‘Difference’，Source1和Source2就选择所连接的通道。
创建差分波形：
5.观察示波器上显示出的信号波形，调整其中一个通道的‘Deskew’的值直至波形尽可能水平。
2.5.2差分探头校准
为了达到最佳准确度，信号将以电平最大化显示出来，至少要占满6个垂直格度。
通过‘VerticalAdujust’来调整，或者用前面板的旋钮调整。
图8差分探头校准
3PCI-E的测试原理及相关技术
3.1PCI-E的测试原理
PCI-E的一致性测试主要是针对PCI－E物理层中的电气子层的相关要求，主要分为：
眼图和抖动测试，PCI-E的信号质量测试主要是分析其眼图，眼图主要测量的是电压幅度和抖动，通过外接无源负载模拟接收端器件，通过采集3500UI的数据，并且利用这3500UI中间的250UI的信号边沿产生眼图，通过在3500UI中测量出一个UI的平均值，用该平均UI值来把中心的250个UI分割成等长的部分，被分割的这250部分已经包含了抖动的影响，然后用这250部分来生成眼图。
图9一致性眼图产生
3.2SSC技术
扩展频谱时钟是一种用于调制时钟频率的技术，采用低频的信号（30kHz和33kHz）来调制时钟信号，以便能够降低时钟中心频率处的EMI辐射噪音。
采用SSC技术，辐射的能量就不会产生2.5GHz的噪音尖峰信号，因为辐射的能量被分散到小的频率点上了。
如下图所示：
图10扩频时钟示意图
在使用SSC时候，PCI-E规范要求：
1.数据速率可以在2.5GHz额定频率的+0%～—0.5%内调制；
2.调治速率必须在30kHz－33kHz之间；
3.时钟频率精确度的+/-300ppm要求仍适用。
也就是链路两端两台设备之间最大频率差不超过600ppm。
3.3预加重技术
传输线相当与一个低通滤波器，在传输高频信号在传输的时候，信号的衰减会比较严重，为了确保接收端的信号完整性，所以引入预加重（Pre-emphasis）和去加重（De-emphasis），增强高频分量的幅度，减小非跳变位幅度，即信号跳变位的幅度将高于非跳变位的幅度，在PCI-E的规范中，定义了两种发送端的眼图模板，在对发送端进行眼图测试的时候，示波器将自动分离跳变位和非跳变位的眼图，并套用各自的模板，如下图，左边的是跳变位的眼图，右边是非跳变位的。
图11发送端眼图测试结果
图12发送端眼图要求
4测试方法及步骤
LeCroy的PCI-E测试主要有三种测试模式：
简单测试，一致性测试和Checklist测试，简单测试只是针对几个指标的测量，一致性测试根据PCI-SIG组织规定，主要包括一对眼图模板测试，一系列的抖动测试，还有比特率，电压幅度测试。
Checklist测试与一致性测试不同的就是测试项目更全面，将一致性测量整合在其中，并且测试人员可以根据自己的实际需要来需要需要的测试项目，并且测试的整个过程是自动运行的。
4.1简单测量模式
该方法主要是针对PCI-E总线的部分指标的测试，包括电压，时序，SSC的测量，并非如一致性测试模式下的严格要求。
在SDA的主菜单中选择‘PCIeMeasurement’，进入PCI-E的简单测量模式，.选择测试用的信号输入通道，在‘Measument’中选择需要测试的项目（‘Voltage’/‘Timing’/‘SSC’）即可，参考下图：
图13简单模式下的电压测量
测试项目具体包括：
ParameterNumber
Measure
Explanation
Voltage测量
P1
TransmitterDCcommonmodevoltage
TheaveragevalueofthewaveformformedbyaddingtheD+andD-signals（VCMDC=mean（（D++D-）/2））
P2
Differentialpeaktopeak
outputvoltage
Measuredasthep-pvalueof
2*|D+-D-|
P3
Transmitterde-emphasisratio
Thelogoftheratioofthep-p
voltageforatransitionbitto
thep-pvoltageofanontransition
bitcomputedas20*log10（Vt/Vnt）
Timing测量
P1
TxRiseTimeD＋
Transitiontime,from20%to
80%forallrisingedgesinthe
acquisition,asafractionofa
UI（1UI=400psforGen1）
P2
TxFallTimeD＋
Transitiontime,from80%to
20%forallfallingedgesinthe
acquisition,asafractionofa
UI（1UI=400psforGen1）
P3
TxRiseTimeD－
Transitiontime,from20%to
80%forallrisingedgesinthe
acquisition,asafractionofa
UI（1UI=400psforGen1）
P4
TxFallTimeD－
Transitiontime,from80%to
20%forallfallingedgesinthe
acquisition,asafractionofa
UI（1UI=400psforGen1）
SSC测量
P1
SSCMin
Ratioofminimumtomax
transferrate.Passif>2.49G
UI
P2
SSCMax
Ratioofminimumtomax
transferrate.Passif<2.5GUI
P3
SSCFrequencySignal1
FrequencyofSSCTrack,must
bebetween30and33kHz
P4
SSCMin
Ratioofminimumtomax
transferrate.Passif>2.49GUI
P5
SSCMax
Ratioofminimumtomax
transferrate.Passif<2.5GUI
P6
SSCFrequencySignal1
FrequencyofSSCTrack,must
bebetween30and33kHz
4.2一致性测试模式
LeCroy的PCI-E一致性测试模式主要是基于Intel开发的Sigtest（SignalQualityTest）测试软件，该软件中汇总了对PCI－E主板和插卡的一致性测试需求；力科使用Intel认证的动态链接库（DLL），把这些测试方法集成在了X-Replay测试软件包中，LeCroy的PCI-E一致性测试模式下主要包括信号质量测试，一致性抖动，一致性眼图测试，
首先在菜单中选择‘SerialDataAnalysis’，打开‘SerialDataAnalysis’的对话框后，在‘SignalType’中选‘PCIeCompliance’就进入了一致性测试模式了。
图14一致性测试设置
上图的对话框设置完成后，选择‘SignalQuality’，在如下的对话框中，‘Standard’选项中选取对应的PCI-E规范版本（1.0a/1.1/2.0，只SDA11000支持2.0规范），‘AbortAfterFailures’表示模板中检测到几个坏点则停止采样，‘Mask’中选取对应的模板，当选择的是‘Add-IncardMasks’时，‘CleanClock’就默认被选中了。
选中‘SignalQualityTestOn’，一致性测试就开始执行了。
‘Mask’中主要包括以下选项：
SystemBdconn指的是PC主板的兼容性测试点
Add-Incardconn指的是显卡的兼容性测试点
RXpackagepin为直接在接收端的pin上测量
TXpackagepin为直接在驱动端的pin上测量
图15信号质量测试设置
示波器页面上将显示如下图形：
这就是跳变位和非跳变位眼图。
分别点击‘ComplianceJitter’和‘ComplianceEye’，得到具体的测试结果，并且测量值前面会自动给出与规范是否相符的结果，‘√’－pass，‘x’－fail。
图16一致性抖动和眼图测试结果显示
点击‘CreateReport’即产出HTML格式的结果报告
4.3Checklist测试模式
上文中的一致性测试模式，其测试项只是PCI-E电气规格要求测试项的一部分而已，主要针对的是PCI-E规范中要求的关键参数如眼图，抖动的测试。
LeCroy推出了基于X－Relay脚本的测试，该测试涵盖了更多的测试项，它整合了Intel的Sigtest以及规范中的PHYTestChecklist的其他测试项，并且可以满足以多种方法执行PCI-E的测试：
选择，重复，跳跃。
它还可以根据需要为不同的PCI-E版本设定测试限制，可以修改，创建或删除整个的测试限制的设置，并基于实际的测试结果产生测试报告，还可以在数据库中查询以前的测试结果。
X－Relay应用界面分划分为以下几个窗口（从左上方开始，依次顺时针方向）
ü测试项目序列窗口
ü测试描述窗口
ü命令窗口
ü动态日志窗口
ü会话窗口
图17X－Relay应用界面
在具体测试执行时候，我们值需要在测试序列窗口中配置变量：
如信号源，探头类型，规范版本等参数，这些可以在测试之前进行设置，也可以在测试执行中进行更改。
我们可以通过右击将变量设置到默认值或更改参数值。
图18通道设置
测试步骤如下：
1.在测试序列窗口中配置好通道输入，探头等变量，执行通道偏移和探头校准；
2.在X-Relay的安装目录下，找到扩展名为‘*.irt’的文件，该文件为测试文件，打开此文件，即运行X－Replay软件；
3.在测试项目序列窗口中，代开PCI-ExpressPhyTests，并且选中想要进行的测试项；
4.对探头，通道等变量根据实际情况进行设置；
5.按键进行测试；
6.测试结束后，在‘Report’的下拉菜单中选中创建报告，即可以输出结果。
Checklist测试模式可以执行以下测试项：
ü通用测试项目：
ü发送器测试项目：
ü接收器测试项：
ü插卡测试项：
4.4测试方案综述
目前业界针对PCI-E的测试方案中，LeCroy和Agilent都是采用自身的高带宽示波器采集波形，利用Intel的Sigtest测试软件来分析采样结果，最主要的特点就是方便，快捷，直接采用PCI-SIG&Intel联合确定的一致性测试软件Sigtest，分析的结果能直接确定是否满足PCI-E的规范要求。
且LeCroy的测试项目包含所有的规范要求测试项，相对全面，Tektronix只是针对眼图和抖动两关键项进行分析，并且利用的专门的眼图和抖动测试软件RT-eye和Jitter3，与LeCroy相比操作上稍显复杂，但Tektronix的Jitter3软件对抖动分析更为精确和细致，能测量PeriodJitter、Cycle-CycleJitter、Rj、Dj、Tj等，在我们进行抖动问题定位时能有较大帮助。
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