【導讀】全面表征高速鏈路，要求透過被測鏈路的多條不同通路執行發射機(Tx)和接收機(Rx)測量，這給全自動測試環境帶來了挑戰。PCI Express端口的通路寬度一般為x1、x4、x8和x16，這給全自動Tx或Rx測試帶來了挑戰。通過在測試通道中包括RF開關，我們可以在不過度改變DUT和測試設備電纜的情況下實現多路測試。為使RF開關的電氣影響達到最小，確保測試對規范要求或驗證測試計劃是真實的。本文描述了使用Mini-Circuits RF開關進行Gen5 (32 GT/s)多路測試，并就設置、自動測試提供了一些整體指引，并就通常遇到的挑戰提出了建議。
本文將重點介紹x16測試要求的RF開關配置，這些開關型號將支持最多18條通路(PCIe最高一般是x16)，也將支持較低的通路數。推薦用硬電纜在不同開關組件之間建立固定連接，硬電纜可以向Mini-Circuits索取獲得。本文前面給出了CEM測試圖，但這些技術也適用于BASE測試。
圖1: ZTM2-8SP6T-40。
圖2: ZT-8SP6T-40 4U/5U。
圖1顯示了ZTM2-8SP6T-40模塊化開關矩陣，擁有8個40GHz端接的SP6T機械開關。這一配置將支持最多18條通路。推薦使用相位匹配的電纜，在相鄰的40 GHz繼電器之間建立固定連接。在沒有為直通連接打開繼電器時，會有50W端接。
圖2顯示了ZT-8SP6T-40 4U/5U開關矩陣，擁有8個40GHz端接的SP6T機械開關。這一配置將支持最多18條通路。推薦使用硬電纜，在相鄰的40 GHz繼電器之間建立固定連接。開關組件在這個矩陣中的方位，在所有輸入和輸出之間保持類似的電氣路徑長度。這對多路Rx測試尤其有吸引力，以使校準和測試之間的路徑到路徑差異降到最小。在沒有為直通連接打開繼電器時，會有50W端接。
RF開關矩陣 – Gen5 Tx測試
PCIe Gen5器件(系統主機或插件)將在多路端口中表現出不同的發射機性能。通常要驗證所有通路，以便全面表征鏈路，識別硅性能、近端或遠端串擾過高、布線缺陷等問題。在測試設置中采用RF開關 (圖3)可以實現多路Tx驗證，而且不用工程師或技術人員不斷改變連接。32 GT/s Base Tx測試(參見圖10)的連接與此類似。
圖3: 32 GT/s CEM系統發射機(多路)。
系統主機配置要求把一塊一致性測試負載電路板(CLB)插入DUT的CEM連接器中，要求使用電纜從每條通路連接RF開關。插件配置與此類似，但DUT插入一致性測試基本電路板(CBB)中。一對電纜把端接的開關矩陣向回連接到50 GHz示波器。任意波形發生器(AFG)之類的儀器可以自動生成要求的100MHz突發信號，令DUT循環通過不同發射機測量使用的各種數據速率和碼型。
開關設置中進行的每個連接都非常重要。由于有插損，所以不建議串聯兩個以上的繼電器進行32 GT/s Tx測試。建議在DUT和RF開關之間使用1米2.92mm電纜，在RF開關和示波器輸入之間使用0.5米2.92mm電纜。可以使用示波器差分快速邊沿，配合TekExpress軟件執行自動通道到通道時延校正。通道中所有電纜、繼電器和PCB匹配范圍都應落在正負信號路徑+/- 1ps范圍內。
保持RF開關的50W(100W差分)連接輸入/輸出將使通道內部的反射達到最小，但會引入部分插損。32 GT/s信號質量測試不要求實體可變ISI電路板(Gen4測試則要求)，因此要求在示波器上嵌入額外的通道和封裝損耗。應執行測試夾具表征(5.0 PHY測試規范附錄B中描述)，包括RF開關。基本上會選擇一個損耗較低的濾波器文件，實現最壞情況插件損耗(在測試系統主機時)或最壞情況系統損耗(在測試插件時)。可以使用泰克SignalCorrect解決方案檢驗通道損耗，包括RF開關矩陣，而不是使用昂貴的VNA。
可以使用基于散射參數(S參數)的反嵌技術，去掉RF開關插損的影響。反嵌導致復雜性提高，但改善了準確度，另外還必須考慮噪聲放大的影響。如果在繼電器到繼電器連接之間使用相位匹配的電纜，那么通道到通道間只存在小的電氣差異。如果覺得這些差異會影響測量，那么可以考慮自定義通道S參數文件。可以使用SignalCorrect或矢量網絡分析儀(VNA)捕獲S參數文件，另外也可以由泰克現場項目組提供標稱S參數文件。
RF開關矩陣 – Gen5 Rx測試
圖4: 32 GT/s CEM Rx測試點。
PCIe Gen5器件(系統或插件)接收機使用精細校準的壓力眼圖信號進行測試。這個“最壞情況”信號是通過多個校準步驟在參考平面(沒有通道)建立的，且使用的“最壞情況”通道必須在34 dB ~37 dB @ 16 GHz。本節將討論怎樣在Rx測試時在這個信號校準中采用端接的RF開關，然后通過多路鏈路測試DUT。
在TP3測試點校準幅度、Tx均衡、隨機抖動和正弦曲線抖動要求直接連接Anritsu MP1900A BERT PPG和泰克50 GHz示波器。建議使用1米2.92mm電纜(如泰克產品號：PMCABLE1M)完成這一連接。圖5顯示了TP3校準連接，這一步中沒有包括RF開關。由于RF開關引入了部分電通道差異，因此建議在TP3參考平面前不要包括這一影響。
圖5: 32 GT/s TP3壓力眼圖(基本和CEM)。
在TP2P使用差模干擾(DMI)、共模干擾(CMI)和最后的壓力眼圖校準串擾項。這個測試點來自TP2之后(BERT和示波器之間的物理通道)，但TP2P包括封裝嵌入及Rx均衡和時鐘恢復的影響。圖6在TP2校準中增加了RF開關，其中開關是在測試夾具(基本或CEM)后面引入的。在這個點上，工程師必須確定是需要單次TP2校準(建議用于ZT-8SP6T-40 4U/5U)，還是需要兩次以上的TP2校準(最好考慮ZTM2-8SP6T-40不同的電氣路徑長度)。不建議級聯兩個以上的繼電器進行32 GT/s壓力眼圖校準。
表6: 32 GT/s TP2壓力眼圖。
建議在BERT和RF開關之間使用1米2.92mm電纜，在RF開關和示波器之間使用短一點的0.5米2.92mm電纜。可以使用示波器差分快速邊沿，配合TekExpress軟件執行自動通道到通道時延校正。通道中所有電纜、繼電器和PCB匹配范圍都應落在正負信號路徑+/- 1ps范圍內。
PCI Express Gen5：自動多路測試
保持RF開關的50W(100W差分)連接輸入/輸出將使通道內部的反射達到最小，但會引入部分插損。32 GT/s信號質量測試不要求實體可變ISI電路板(Gen4測試則要求)，因此要求在示波器上嵌入額外的通道和封裝損耗。應執行測試夾具表征，包括RF開關。基本上會選擇一個損耗較低的濾波器文件，實現最壞情況插件損耗(在測試系統主機時)或最壞情況系統損耗(在測試插件時)。可以使用泰克SignalCorrect解決方案檢驗通道損耗，包括RF開關矩陣，而不是使用昂貴的VNA。
可以使用基于散射參數(S參數)的反嵌技術，去掉RF開關插損的影響。反嵌導致復雜性提高，但改善了準確度，另外還必須考慮噪聲放大的影響。如果在繼電器到繼電器連接之間使用相位匹配的電纜，那么通道到通道間只存在小的電氣差異。如果覺得這些差異會影響測量，那么可以考慮自定義通道S參數文件。可以使用SignalCorrect或矢量網絡分析儀(VNA)捕獲S參數文件，另外也可以由泰克現場項目組提供標稱S參數文件。
在多條通路中使用校準后的32 GT/s壓力眼圖信號進行接收機測試要求兩個RF開關矩陣，如圖7所示。在鏈路是x8或更低的路數時，可以考慮單個RF開關矩陣。來自Anritsu MP1900A PPG的信號必須分發到所有PCIe通路中。器件將處于環回模式，因此數字化信號將通過Tx引腳傳回，開關回至BERT誤碼檢測器的單個輸入。許多支持32 GT/s的系統會展現一條到誤碼檢測器的高損耗返回通道，要求外部再驅動器均衡信號，以便被測試設備檢測到。
圖7: 32 GT/s系統Rx LEQ測試(多路)。
建議在BERT和RF開關之間使用1米2.92mm電纜，在RF開關和示波器之間使用短一點的0.5米2.92mm電纜。應在DUT Tx和誤碼檢測器之間考慮使用最短的2.92mm電纜。
怎樣與Mini-Circuits建立通信
TekExpress TX自動化軟件提供了內置控制功能，在自動TX測試過程中控制Mini-Circuits開關矩陣。用戶開發自己的自動化軟件，在TX或RX測試過程中控制RF開關。怎樣連接：可以通過兩種方式與Mini-Circuits開關通信：USB使用dll (動態鏈接程序庫)；以太網HTTP請求。
基本校準和測試圖
圖8: 32 GT/s基本根或非根Tx (多路)。
圖9: 32 GT/s基本Rx測試點。
圖10 32 GT/s TP2壓力眼圖。
圖11: 32 GT/s系統Rx LEQ測試(多路)。
了解PCIe 5自動測試更多詳情，https://www.tek.com.cn/pci-express。
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