串行数据物理层一致性测试系列之一 一致性测试的共性问题漫谈Word文档格式.docx

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图一所示为一典型PC主板包括各种串行总线：

PCIExpress，SATA，FBDIMM，SAS，UWB，HDMI，USB，Ethernet（只是示意，标识的具体位置可能不对）。

此外，还有和HDMI相竞争的总线DisplayPort。

现在最热的当然是USB3.0。

各种总线都有自己的组织。

和这些组织搞好关系对于仪器厂家至关重要。

当然，这些组织的老大是Intel。

因此，和Intel搞好关系对于仪器厂家更是至关重要的。

下面我们列出这些组织及LeCroy目前和这些组织的关系。

1，LeCroy是UNH-IOL组织（负责以太网）的特别贡献会员。

2，USB-IF很多年前就认证了LeCroy的测试方案，力科的2GHz以上示波器都获得了认证。

下面是网站链接和拷屏截图：

http:

//www.usb.org/developers/docs#comp_test_procedures

3，PCI-SIG很多年前就已批准了LeCroy的方案作为推荐方案，第四代示波器刚发布不久就批准为PCI-E2.0的推荐方案。

LeCroy可以提供完整的PCI-E物理层和协议层测试。

4，LeCroy很早就是SATA-IO的会员，LeCroy可以提供SATA信号的物理层和协议层的测试方案。

LeCroy在HDD行业具有传统上的垄断地位，是硬盘厂商的“唯一指定”示波器提供商。

//www.serialata.org/membership/member_listings.asp

//www.serialata.org/developers/interop_14.asp

5，LeCroy为HDMI组织的测试设备制造商推荐厂商。

//cn.hdmi.org/manufacturer/test_equipment_manufacturers.aspx

6，LeCroy是VESA组织会员。

//www.vesa.org/Members/index.htm

Intel是一家诲人不倦的公司，它除了为其芯片提供详细的设计指南之外，也为以它的芯片设计的产品的测试提供详细的测试步骤，甚至还专门开发了一种测试软件叫Sigtest，这个软件可以免费使用，可以支持三个示波器厂家的波形数据，可以产生测试报告，而且其报告是绝对权威的。

遗憾的是，目前Sigtest只支持PCIExpress,SATA和FBDIMM。

图一主板上的各种串行总线 

我通常和同事开玩笑说，什么这个总线那个总线的，都是串行总线，都是“两根线”。

万变不离其宗，想到这些组织，我就想到都是在折腾这“两根线”。

当然，这些总线中有一个是特别的，那就是HDMI总线。

HDMI的信号是TDMS信号，其端接方式是需要上拉到3.3V电平，而其它所有的总线都是通过50欧姆端接到地的。

3.3V上拉给测试带来了麻烦，测试成本很高，于是当DisplayPort（简称DP）在2007年出来的时候，我在nVIDIA的一位朋友很兴奋，说这玩艺儿将来肯定会代替HDMI，让我通知总部赶紧发布DP的测试方案。

但两年过去后，我们的测试方案早就发布了，HDMI仍然没有被DP代替而且似乎有更热的趋势。

前不久我又遇到nVIDIA的这位朋友，和他探讨此问题的原因。

他说这是因为日本人韩国人厉害，HDMI是由日韩企业搞的，TV和DVD两大消费电子行业不改变，DP火不起来。

……

一致性测试的操作步骤

PCIExpress，SATA和FBDIMM等基于Sigtest的一致性测试的操作步骤基本上是一样的。

为使大家更感性地了解一致性测试，我们将此步骤简述如下。

示波器首先捕获信号然后用Sigtest来代替示波器的测量分析功能对捕获的信号进行分析。

示波器本质上是当作了“数据采集卡”。

其它的一些串行数据的测试都是基于力科的QualiPHY软件平台来完成，自动化程度更高，我们将另文介绍。

第一步：

发包。

发出测试码型最重要。

第二步：

捕获信号。

设置采样率，单次捕获一组数据。

对于PCIExpressGen2，要求捕获100万个UI的数据量。

第三步：

保存波形。

将波形保存到硬盘中，保存的数据格式为二进制。

第四步：

打开Sigtest软件。

第五步：

装载波形数据。

第六步：

验证数据文件。

第七步：

设置数据模板。

第八步：

开始测试。

第九步:

产生测试报告。

第十步：

关闭Sigtest。

示波器的带宽问题:

带宽是个老生常谈的话题了，我曾有一文专门谈带宽的:

通常我们都应遵循这些组织的规定，如图三所示。

如果预算不够，可以选择带宽低一点的，特别是测试经过一段PCB走线或电缆之后的信号时因为信号上升时间变缓，通常按比特率1.8倍带宽的关系是足够的。

但如果希望测试精度更高，对带宽要求就更高。

图二可以很好地理解带宽问题。

能量谱密度曲线图（PSD）表示的是从三角波（蓝色）到方波（红色）的一组周期性波形。

每个曲线对应的是相对于UI一定百分比的上升时间。

三角波（蓝色）的上升时间为100%UI，而方波（红色）的上升时间则为0%UI。

一般来说，工业上应用的串行数据上升时间在30%UI左右。

频率轴是根据信号（对NRZ信号而言）比特率归一化的频率,起始位置的频率是1/2倍比特率。

随着上升时间增大到占UI的比较大的百分比，高次谐波的PSD就会下降。

随着上升时间下降到占UI的百分比变小，高次谐波的PSD会增加。

在测量一定比特率信号时，通常要求覆盖5次谐波,图中标识了5次谐波，在这一点PSD的变化范围在-15dB到-33dB之间。

对于上升时间为本30%UI的信号，在2.5倍波特率的时候，仍然有明显的高次谐波成份。

图示中对于10.3125Gbps信号，如果是用力科25GHz带宽的串行数据分析仪SDA825Zi，则不能全部看到5次谐波周围的频谱成分，但如果用30GHz带宽则可以。

图二 

能量谱密度曲线图（PSD）

图三 

各种串行数据的推荐带宽和示波器

测试项目

每种串行数据要求的测试项目种类不一，但大同小异，一般都要测试眼图，抖动，信号比特率，幅值，上升时间，下降时间等。

各组织都详细规定了测试项目，仪器厂家根据这些规定用软件包来实现。

比较关键的测试项目如眼图、抖动等用力科的SDA系列标配的SDAII软件包就可以完成，不需要再另外购买软件包。

我们需要研究每个测试项目的含义，理解这些测试项目对产品性能的影响。

如何将信号引到示波器

除USB2.0的某些测试项目以外，其它的一致性测试方案都使用夹具和SMA线的方式将信号从DUT引到示波器中。

对于有些串行数据，在测试不同项目时需要改变夹具的连接方式。

力科的QualiPHY软件包会弹出图四示的连接示意图，非常方便。

图四软件包自动弹出彩色的连接示意图

发包问题

一致性测试的难点问题是发包问题。

我每次在演示之前，都要先在办公室试一下演示的DUT能不能正常发包。

一旦能发包，我们就感到万事了。

而当我们测试客户的DUT时，我们常对客户说，“请给我信号”。

很多客户常不知道怎么发包，而且认为这应是我们仪器厂家的事情。

也有很多客户不理解为什么一定要发这样规定的波形，觉得这些规定的测试波形太有规律了，他们认为应是跑业务数据流来测试更合理。

这往往反而令我觉得难以解释。

我说，“‘一致性’测试就是强制性测试，您一定要发出规定的波形去测试。

如果每个人都按各自的业务数据来测试，就无法找到“一致性”标准了。

测试工作状态的数据流当然可以做眼图、抖动，但那是调试波形，不是一致性测试。

” 

有些行业的串行数据找不到“组织”，于是他们测试时就不管三七二十一,直接测试电路工作状态的数据眼图、抖动。

这些行业一直没诞生一统天下的“大佬”，我看那些工程师啊，整天在折腾呵！

而我们仪器厂商的很多SEs，AEs都认为发包应是工程师自己的事情。

有些客户会因为我们没有发包成功而认为我们不专业，所以，我们AE需要掌握发包方法以表现我们的专业性。

大佬什么都好，但就是把有些串行数据的发包弄得玄乎得不得了，甚至有些发包程序还很不好弄到手。

测试报告

一致性测试最终需要产生一个报告以。

PCIExpress，SATA，FBDIMM等是基于sigtest测试的，sigtest会自动产生测试报告，如图所示。

QualiPHY软件会自动产生一种最简洁最清晰最完整的报告,如图五所示。

图五用QualiPHY产生的一致性测试报告