串行數(shù)據(jù)物理層一致測試系列之1——一致測試的共問題漫談.doc

串行數(shù)據(jù)物理層一致性測試系列之一 一致性測試的共性問題漫談 發(fā)布時間：2010-04-29 14:43:59技術類別：測試測量 需要確認注冊郵箱后才能下載，立即確認我的郵箱 一致性測試（compliance test）是PC行業(yè)為了滿足PC的大規(guī)模生產(chǎn)所必須的、遵循相關電性能指標的step by step的測試。以上是我個人對一致性測試的定義。一致性測試的終極目的本不是為了產(chǎn)生測試報告，而是為了確保產(chǎn)品的一些關鍵接口的電性能指標滿足要求，但在實際中，這種測試的終極目的似乎只為了產(chǎn)生測試報告。 一致性測試的自動化程度要求很高，希望操作過程越“傻瓜”越好。一致性測試的測試項目繁多，我們往往不明白為什么要測試某些項目，更搞不明白這些項目差了一點會對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生什么影響，譬如幅度對稱性測試，要求正負幅度之差為5%以內(nèi)，但如果測試出來的結果是幅值正負差為5.5%，怎么辦？由于一致性測試的要求測試項目很多，在產(chǎn)品的開發(fā)調試階段重點關注一些關鍵項目，如眼圖、抖動測量。 /services/testing/ge/members.php一致性測試的一些共性問題有：示波器如何選擇（示波器的帶寬問題），理解各種測試項目的含義，如何將信號引到示波器（探頭和夾具問題），如何使DUT發(fā)出測試碼型（發(fā)包問題），測試報告，等等。圖一所示為一典型PC主板包括各種串行總線：PCI Express，SATA，F(xiàn)BDIMM，SAS，UWB，HDMI，USB，Ethernet（只是示意，標識的具體位置可能不對）。此外，還有和HDMI相競爭的總線Display Port?，F(xiàn)在最熱的當然是USB3.0。 各種總線都有自己的組織。和這些組織搞好關系對于儀器廠家至關重要。當然，這些組織的老大是Intel。 因此，和Intel搞好關系對于儀器廠家更是至關重要的。下面我們列出這些組織及LeCroy目前和這些組織的關系。1，LeCroy 是UNH -IOL組織(負責以太網(wǎng))的特別貢獻會員。2，USB-IF很多年前就認證了LeCroy的測試方案，力科的2GHz以上示波器都獲得了認證。下面是網(wǎng)站鏈接和拷屏截圖：/developers/docs#comp_test_procedures3， PCI-SIG很多年前就已批準了LeCroy的方案作為推薦方案，第四代示波器剛發(fā)布不久就批準為PCI-E 2.0的推薦方案。 LeCroy可以提供完整的PCI-E物理層和協(xié)議層測試。/specifications/pciexpress/compliance/compliance_library4，LeCroy很早就是SATA-IO的會員，LeCroy可以提供SATA信號的物理層和協(xié)議層的測試方案。LeCroy在HDD行業(yè)具有傳統(tǒng)上的壟斷地位，是硬盤廠商的“唯一指定”示波器提供商。/membership/member_listings.asp/developers/interop_14.asp5，LeCroy為HDMI組織的測試設備制造商推薦廠商。/manufacturer/test_equipment_manufacturers.aspx6，LeCroy是VESA組織會員。/Members/index.htm Intel是一家誨人不倦的公司，它除了為其芯片提供詳細的設計指南之外，也為以它的芯片設計的產(chǎn)品的測試提供詳細的測試步驟，甚至還專門開發(fā)了一種測試軟件叫Sigtest，這個軟件可以免費使用，可以支持三個示波器廠家的波形數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生測試報告，而且其報告是絕對權威的。遺憾的是，目前Sigtest只支持PCI Express,SATA和FBDIMM。圖一主板上的各種串行總線 我通常和同事開玩笑說，什么這個總線那個總線的，都是串行總線，都是“兩根線”。萬變不離其宗，想到這些組織，我就想到都是在折騰這“兩根線”。當然，這些總線中有一個是特別的，那就是HDMI總線。HDMI的信號是TDMS信號，其端接方式是需要上拉到3.3V電平，而其它所有的總線都是通過50歐姆端接到地的。 3.3V上拉給測試帶來了麻煩，測試成本很高，于是當Display Port（簡稱DP）在2007年出來的時候，我在nVIDIA的一位朋友很興奮，說這玩藝兒將來肯定會代替HDMI，讓我通知總部趕緊發(fā)布DP的測試方案。但兩年過去后，我們的測試方案早就發(fā)布了，HDMI仍然沒有被DP代替而且似乎有更熱的趨勢。前不久我又遇到nVIDIA的這位朋友，和他探討此問題的原因。 他說這是因為日本人韓國人厲害，HDMI是由日韓企業(yè)搞的，TV和DVD兩大消費電子行業(yè)不改變，DP火不起來。 一致性測試的操作步驟 PCI Express，SATA和FBDIMM等基于Sigtest的一致性測試的操作步驟基本上是一樣的。為使大家更感性地了解一致性測試，我們將此步驟簡述如下。示波器首先捕獲信號然后用Sigtest來代替示波器的測量分析功能對捕獲的信號進行分析。示波器本質上是當作了“數(shù)據(jù)采集卡”。其它的一些串行數(shù)據(jù)的測試都是基于力科的QualiPHY軟件平臺來完成，自動化程度更高，我們將另文介紹。 第一步：發(fā)包。發(fā)出測試碼型最重要。 第二步：捕獲信號。 設置采樣率，單次捕獲一組數(shù)據(jù)。 對于PCI Express Gen2，要求捕獲100萬個UI的數(shù)據(jù)量。第三步： 保存波形。 將波形保存到硬盤中，保存的數(shù)據(jù)格式為二進制。第四步：打開Sigtest軟件。第五步：裝載波形數(shù)據(jù)。 第六步： 驗證數(shù)據(jù)文件。第七步： 設置數(shù)據(jù)模板。第八步： 開始測試。第九步: 產(chǎn)生測試報告。第十步：關閉Sigtest。示波器的帶寬問題:帶寬是個老生常談的話題了，我曾有一文專門談帶寬的:/public/art/artinfo/id/80003238?source=mueller。在串行數(shù)據(jù)的一致性測試中首先要考慮的是選擇合適帶寬的示波器作為測試的硬件平臺。每種串行數(shù)據(jù)組織都會規(guī)定示波器的帶寬。 通常我們都應遵循這些組織的規(guī)定，如圖三所示。如果預算不夠，可以選擇帶寬低一點的，特別是測試經(jīng)過一段PCB走線或電纜之后的信號時因為信號上升時間變緩，通常按比特率1.8倍帶寬的關系是足夠的。但如果希望測試精度更高，對帶寬要求就更高。圖二可以很好地理解帶寬問題。 能量譜密度曲線圖（PSD）表示的是從三角波（藍色）到方波（紅色）的一組周期性波形。每個曲線對應的是相對于UI一定百分比的上升時間。三角波（藍色）的上升時間為100% UI，而方波（紅色）的上升時間則為0% UI。一般來說，工業(yè)上應用的串行數(shù)據(jù)上升時間在30% UI左右。頻率軸是根據(jù)信號(對NRZ信號而言)比特率歸一化的頻率,起始位置的頻率是1/2倍比特率。隨著上升時間增大到占UI的比較大的百分比，高次諧波的PSD就會下降。隨著上升時間下降到占UI的百分比變小，高次諧波的PSD會增加。在測量一定比特率信號時，通常要求覆蓋5次諧波, 圖中標識了5次諧波，在這一點PSD的變化范圍在-15 dB到-33 dB之間。對于上升時間為本30% UI的信號，在2.5倍波特率的時候，仍然有明顯的高次諧波成份。圖示中對于10.3125Gbps信號，如果是用力科25GHz帶寬的串行數(shù)據(jù)分析儀SDA825Zi，則不能全部看到5次諧波周圍的頻譜成分，但如果用30GHz帶寬則可以。圖二 能量譜密度曲線圖（PSD）圖三 各種串行數(shù)據(jù)的推薦帶寬和示波器測試項目每種串行數(shù)據(jù)要求的測試項目種類不一，但大同小異，一般都要測試眼圖，抖動，信號比特率，幅值，上升時間，下降時間等。各組織都詳細規(guī)定了測試項目，儀器廠家根據(jù)這些規(guī)定用軟件包來實現(xiàn)。 比較關鍵的測試項目如眼圖、抖動等用力科的SDA 系列標配的SDA II軟件包就可以完成，不需要再另外購買軟件包。我們需要研究每個測試項目的含義，理解這些測試項目對產(chǎn)品性能的影響。如何將信號引到示波器除USB2.0的某些測試項目以外，其它的一致性測試方案都使用夾具和SMA線的方式將信號從DUT引到示波器中。對于有些串行數(shù)據(jù)，在測試不同項目時需要改變夾具的連接方式。力科的QualiPHY軟件包會彈出圖四示的連接示意圖，非常方便。圖四 軟件包自動彈出彩色的連接示意圖發(fā)包問題一致性測試的難點問題是發(fā)包問題。 我每次在演示之前，都要先在辦公室試一下演示的DUT能不能正常發(fā)包。一旦能發(fā)包，我們就感到萬事了。而當我們測試客戶的DUT時，我們常對客戶說，“請給我信號”。 很多客戶常不知道怎么發(fā)包，而且認為這應是我們儀器廠家的事情。也有很多客戶不理解為什么一定要發(fā)這樣規(guī)定的波形，覺得這些規(guī)定的測試波形太有規(guī)律了，他們認為應是跑業(yè)務數(shù)據(jù)流來測試更合理。這往往反而令我覺得難以解釋。我說，“ 一致性測試就是強制性測試，您一定要發(fā)出規(guī)定的波形去測試。如果每個人都按各自的業(yè)務數(shù)據(jù)來測試，就無法找到“一致性”標準了。測試工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)流當然可以做眼圖、抖動，但那是調試波形，不是一致性測試。” 有些行業(yè)的串行數(shù)據(jù)找不到“組織”，于是他們測試時就不管三七二十一,直接測試電路工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)眼圖、抖動。這些行業(yè)一直沒誕生一統(tǒng)天下的“大佬” ，我看那些工程師啊，整天在折騰呵！而我們儀器廠商的很多SEs，AEs都認為發(fā)包應是工程師自己的事情。有些客戶會