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如何實(shí)現(xiàn)PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測(cè)試?

更新時(shí)間:2020-04-06 點(diǎn)擊次數(shù):2928

這是關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測(cè)試的系列介紹,小泰將分別從理論篇到實(shí)踐篇,為您講述PCIe 3.0/4.0的鏈路均衡的工作原理及對(duì)鏈路均衡的測(cè)試和調(diào)試。

 

本期為理論篇,主要介紹PCIe 3.0&4.0的鏈路均衡,包括:

 

1)發(fā)送端的均衡: FFE

2)接收端的均衡: CTLE和DFE

3)鏈路均衡過(guò)程

 

PCIe接口自從被推出以來(lái),已經(jīng)成為了PC和Server上重要的接口。為了更高了數(shù)據(jù)吞吐率,PCI-SIG組織于2010年推出了PCIe 3.0,數(shù)據(jù)速率達(dá)到了8GT/s;于2017年推出了PCIe 4.0,數(shù)據(jù)速率達(dá)到了16GT/s。PCIe 3.0已經(jīng)是PC上的標(biāo)配接口;而PCIe 4.0目前仍處于Server上,在PC上也在開(kāi)始普及。

*,PCIe 1.0和2.0使用的是普通的FR4板材和廉價(jià)的接插件。為了實(shí)現(xiàn)在這樣的物理介質(zhì)上進(jìn)行有效的信號(hào)傳輸,PCI-SIG組織使用了8b/10b編碼和發(fā)送端的去加重技術(shù),來(lái)保證信號(hào)質(zhì)量:

 

  • 在PCIe 1.0中,去加重值為固定值3.5dB;

  • 在PCI 2.0中,去加重值為3.5dB或6.0dB中的任何一個(gè),也是為固定值,無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)整。

但是隨著速率的翻倍,為了在PCIe 3.0和4.0中仍然使用普通的FR4板材以及廉價(jià)的接插件。

 

PCI-SIG組織對(duì)規(guī)范做了兩方面的改進(jìn):

 

  • 使用128b/130b編碼來(lái)代替8b/10b編碼,使得編碼效率大幅提高;

  • 使用動(dòng)態(tài)均衡技術(shù),來(lái)代替先前代的靜態(tài)均衡技術(shù);

 

通過(guò)這兩方面的改進(jìn),PCI-SIG組織實(shí)現(xiàn)了在速率翻倍的同時(shí),仍能保持使用普通的FR4板材和廉價(jià)接插件。本應(yīng)用筆記就聚焦于PCIe 3.0和4.0中的動(dòng)態(tài)均衡技術(shù),介紹其原理、實(shí)現(xiàn)及其相關(guān)的一致性測(cè)試。這樣一種動(dòng)態(tài)均衡技術(shù),在spec中被稱作“Link Equalization”(鏈路均衡,簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)EQ)。

 ▼ 

 

本系列包含理論篇和實(shí)踐篇兩個(gè)部分

 

理論篇主要介紹PCIe 3.0/4.0的鏈路均衡的工作原理。實(shí)踐篇?jiǎng)t側(cè)重于對(duì)鏈路均衡的測(cè)試和調(diào)試。

 

PCIe 3.0&4.0的鏈路均衡

 

在PCIe 3.0和4.0中的鏈路均衡技術(shù)相較于先前代要復(fù)雜得多,這樣一種動(dòng)態(tài)均衡技術(shù)可以分為兩個(gè)方面進(jìn)行討論:

  • 均衡特性方面:從這個(gè)方面來(lái)說(shuō),相對(duì)于先前代的均衡來(lái)說(shuō),3.0和4.0中的均衡技術(shù)的硬件性能指標(biāo)要求更高了。在本應(yīng)用筆記中,2.1節(jié)和2.2節(jié)討論它的技術(shù)細(xì)節(jié)。

  • 協(xié)議方面:為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地調(diào)整均衡設(shè)置,需要協(xié)議層的配合,這是通過(guò)PHY層的LTSSM狀態(tài)機(jī)中的Recovery.Equalization子狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在本應(yīng)用筆記中,2.3節(jié)討論它的技術(shù)細(xì)節(jié)。

 

我們先來(lái)從均衡特性的角度來(lái)看看PCIe 3.0和4.0的均衡,如下圖1展示了在PCIe 3.0/4.0中所使用的全部均衡技術(shù),在Tx端有FFE(Feed Forward Equalizer,前饋均衡器);在Rx端有:CTLE(Continuous Time Linear Equalizer,連續(xù)時(shí)間線性均衡器)和DFE(Decision Feedback Equalizer,判決反饋均衡器)。

 

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圖1. LEQ硬件實(shí)現(xiàn)的模塊框圖

 

通過(guò)FFE和CTLE,可以去除大部分由ISI所引入的抖動(dòng);通過(guò)DFE可以進(jìn)一步去除ISI,它還能去除部分的阻抗失配所造成的反射。通過(guò)這些均衡處理,就能夠保證在接收端判決輸入處將眼圖打開(kāi)。

 

除了上述這些均衡特性上的支持外,在協(xié)議層(LTSSM)中還規(guī)定需要通過(guò)協(xié)議的方式來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整鏈路上的均衡設(shè)定值,這整個(gè)過(guò)程稱作鏈路均衡(Link Equalization,LEQ)。

 

在鏈路均衡過(guò)程中:

 

  • 本地端按照某個(gè)初始Tx EQ的設(shè)定來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù);

  • 對(duì)端在接收到數(shù)據(jù)時(shí),會(huì)根據(jù)誤碼率或信號(hào)質(zhì)量來(lái)判斷該Tx EQ是否合適;

  • 若不合適,對(duì)端會(huì)通過(guò)協(xié)議向本地端請(qǐng)求一個(gè)新的Tx EQ值;

  • 本地端在接收到這個(gè)請(qǐng)求值之后,會(huì)改變Tx EQ的值。

 

通過(guò)這一動(dòng)態(tài)過(guò)程,就能夠保證鏈路上的Tx EQ為優(yōu)值。與此同時(shí),本地端和對(duì)端也會(huì)同時(shí)調(diào)整Rx EQ。通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)整Tx EQ和Rx EQ,就能夠靈活地適應(yīng)不同的信道情況。

 

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