PCI Express Gen5：自动化多通道测试

对高速链路（如PCI Express®）的全面表征需要对被测链路的发送端（Tx）和接收端（Rx）进行多差分通道的测量。由于需要在不同通道之间进行同轴连接的物理切换，这对于完全自动化的测试环境来说是一个挑战。引入RF开关矩阵允许多通道测试中的物理连接切换，并实现自动化软件测试。

PCI Express端口通常具有x1、x4、x8和x16的通道宽度，这给完全自动化的Tx或Rx测试带来了挑战。将RF开关包括在测试通道中，可以在无需频繁更换DUT和测试设备电缆的情况下进行多通道测试。需要特别注意的是，必须尽量减少RF开关的电气影响，确保测试符合规范要求或验证测试计划。

图1：ZTM2-8SP6T-40模块化开关矩阵，带有8个40GHz终端SP6T机械开关

本文将重点介绍用于x16测试的RF开关配置。这些开关型号最多支持18条通道（PCIe最大通常为x16），也可支持更低的通道数。建议使用刚性电缆在不同开关组件之间建立固定连接，这些电缆可根据请求从Mini-Circuits获得。最初将展示CEM测试的示意图，但这些技术同样适用于BASE测试，相关的示意图将在白皮书的最后部分展示。

图1中展示了ZTM2-8SP6T-40模块化开关矩阵，该矩阵包含8个40GHz终端的SP6T机械开关。这种配置最多支持18条通道。建议在相邻的40GHz继电器之间使用相位匹配的电缆进行固定连接。当继电器未切换为直通连接时，将存在50欧姆的终端。

图2中展示了ZT-8SP6T-40 4U/5U开关矩阵，包含8个40GHz终端的SP6T机械开关。这种配置最多支持18条通道。建议使用刚性电缆（图中包含）来固定相邻40GHz开关之间的连接。这种矩阵中的开关组件布局保持了所有输入和输出之间相似的电气路径长度，这对多通道Rx测试尤为有利，可以减少校准与测试之间的路径差异。当继电器未切换为直通连接时，将存在50欧姆的终端。

图2：ZT-8SP6T-40 4U/5U开关矩阵，带有8个40GHz终端SP6T机械开关

RF开关矩阵 – Gen5 Tx测试

PCIe Gen5设备（系统主机或插件卡）在多通道端口上将表现出不同的发射器性能。为了全面表征链路并识别硅片性能问题、过度近端或远端串扰或布局缺陷，验证所有通道是常见的。在测试设置中使用RF开关（见图3）可以实现多通道Tx验证，而无需工程师或技术人员不断更换连接。32 GT/s基础Tx测试的连接方式相似（见图10）。

图3：32 GT/s CEM系统Tx（多通道）

系统主机配置需要将符合性负载板（CLB）插入DUT的CEM连接器，并通过电缆将每条通道连接到RF开关。插件卡配置类似，但DUT插入符合性基板（CBB）。单对电缆将终端开关矩阵连接回50 GHz示波器。像任意波形发生器（AFG）这样的仪器允许自动化100MHz突发信号的生成，以在不同的发射器测量中使DUT切换到各种数据速率和模式。

每一个在开关设置中的连接都非常重要。在进行32 GT/s Tx测试时，不建议串联超过两个继电器，因为这会引入插入损耗。建议在DUT和RF开关之间使用1米长的2.92mm电缆（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF开关与示波器输入之间使用较短的0.5米长的2.92mm电缆（例如Tektronix PN: 174-6663-01）。可以使用示波器的差分快速边沿信号，通过TekExpress软件自动执行通道间的延时校正（deskew）。所有通道中的电缆、继电器和PCB应在正负信号路径之间保持±1ps的匹配。

在RF开关的输入和输出保持50欧姆（100欧姆差分）连接可以最小化通道内的反射，但会引入一些插入损耗。32 GT/s信号质量测试不需要物理的可变ISI板（Gen4测试所需），因此需要在示波器上嵌入附加的通道和封装损耗。应对包括RF开关在内的测试夹具进行表征（如在5.0 PHY测试规范的附录B中所述）。基本上，将选择一个较低损耗的滤波文件，以实现最坏情况下的插件卡损耗（在测试系统主机时）或最坏情况下的系统损耗（在测试插件卡时）。可以使用Tektronix的SignalCorrect解决方案来验证包括RF开关矩阵在内的通道损耗，而无需使用昂贵的矢量网络分析仪（VNA）。

RF开关矩阵 – Gen5 Rx测试

PCIe Gen5设备（系统或插件卡）的接收端通过一个精细校准的应力眼图信号进行测试。这种“最坏情况”信号是在参考平面（无通道）以及所需的“最坏情况”通道（34 dB至37 dB @ 16 GHz之间）下，通过多步校准建立的。本节将讨论如何在该信号的Rx测试校准中加入终端RF开关，并对DUT进行多通道链路测试。

图4：32 GT/s CEM Rx测试点

校准振幅、发送端均衡、随机抖动和正弦抖动在TP3测试点需要在Anritsu MP1900A BERT PPG与Tektronix 50 GHz示波器之间进行直接连接。建议在此连接中使用1米长的2.92mm电缆（例如Tektronix PN: PMCABLE1M）。TP3校准连接如图5所示，在此步骤中不包括RF开关。由于RF开关会引入一些电气通道长度差异，建议不要在TP3参考平面前引入这种影响。

图5：32 GT/s TP3应力眼图（基础与CEM）

校准在TP2P测试点进行，包括差分模式干扰（DMI）、共模干扰（CMI）和最终的应力眼图。该测试点位于TP2之后（BERT与示波器之间的物理通道），但TP2P包括封装嵌入和Rx均衡及时钟恢复的影响。在TP2校准中加入RF开关的示意图如图6所示，开关位于测试夹具（基础或CEM）之后。此时，工程师需要决定是仅进行单次TP2校准（推荐用于ZT-8SP6T-40 4U/5U），还是进行两次或更多TP2校准（建议考虑ZTM2-8SP6T-40不同电气路径长度的影响）。不建议在32 GT/s应力眼图校准中串联超过两个继电器。

图6：32 GT/s TP2 应力眼图

建议在BERT与RF开关之间使用1米长的2.92mm电缆（例如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF开关与示波器之间使用较短的0.5米长的2.92mm电缆（例如Tektronix PN: 174-6663-01）。可以使用示波器的差分快速边沿信号，通过TekExpress软件自动执行通道间的延时校正（deskew）。所有通道中的电缆、继电器和PCB应在正负信号路径之间保持±1ps的匹配。

使用经过校准的应力眼图信号对32 GT/s的多通道接收端进行测试，需要使用两个RF开关矩阵，如图7所示。当链路为x8或更低通道数时，可以考虑使用单个RF开关矩阵。来自Anritsu MP1900A PPG的信号必须分配到所有PCIe通道。设备将处于环回模式，因此数字化信号将通过Tx引脚传输回来，并通过开关切换回BERT的误码检测器的单一输入。许多支持32 GT/s的系统在返回通道到误码检测器时会表现出高损耗，并可能需要外部重驱动器来均衡信号以供测试设备检测。如果之前未需要外部重驱动器，RF开关的引入可能会导致其需求。32 GT/s基础Rx LEQ测试的连接方式相似。

图7：32 GT/s系统Rx LEQ测试（多通道）