高速串行數(shù)據(jù)技術(shù)的電源管理和跨總線分析

高速串行技術(shù)的不斷發(fā)展，使得信號(hào)從發(fā)射機(jī)傳送到接收機(jī)時(shí)，均會(huì)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的交互，最終發(fā)生嚴(yán)重的高頻損耗。

全新的測(cè)試要求

計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子和通信行業(yè)設(shè)計(jì)核心正采用最新的高速串行技術(shù)，數(shù)據(jù)傳送速率持續(xù)提高，如10Gb/s以太網(wǎng)的出現(xiàn)、PCI Express已經(jīng)從1.0版演進(jìn)到2.0版，速率也從2.5Gb/s提高到5.0Gb/s、即將出現(xiàn)的8Gb/s PCIe Gen3和6Gb/s SATA III……高速串行技術(shù)的不斷發(fā)展，使得信號(hào)從發(fā)射機(jī)傳送到接收機(jī)時(shí)，均會(huì)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的交互，最終發(fā)生嚴(yán)重的高頻損耗。這樣，對(duì)串行數(shù)據(jù)的測(cè)試也必將面臨前所未有的挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原有技術(shù)；信號(hào)完整性在整個(gè)鏈路中至關(guān)重要；需要提供復(fù)雜的分析和互通測(cè)量；大多數(shù)高速串行技術(shù)采用多路結(jié)構(gòu)，需要檢定每條通路。

傳統(tǒng)的測(cè)試方法是：分開(kāi)檢定和測(cè)試各個(gè)子系統(tǒng)；留出充足的設(shè)計(jì)余量，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行；進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的一致性測(cè)試，保證互通能力。這些措施可以滿足速度較低的設(shè)計(jì)需求。對(duì)高速串行數(shù)據(jù)而言，傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)要求。

解決方案

● 電源管理和跨總線分析

串行數(shù)據(jù)是三層架構(gòu)（如圖1），分為物理層（電氣子塊和邏輯子塊）、數(shù)據(jù)鏈路層和事務(wù)層。物理層的邏輯子塊是負(fù)責(zé)進(jìn)行鏈路寬度、初始化和速度協(xié)商的；數(shù)據(jù)鏈路層是保證發(fā)送到鏈路上的數(shù)據(jù)的正確性以及數(shù)據(jù)在鏈路上被可靠地分組傳送；事務(wù)層是進(jìn)行建立請(qǐng)求/結(jié)束交易、分組流量控制和信息傳送的。只有全面了解系統(tǒng)，才可以查找系統(tǒng)中其它總線衍生出的難檢問(wèn)題。

以業(yè)內(nèi)廣泛推廣的串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)之一的PCI Express （PCIe）為例，產(chǎn)品已經(jīng)從PCIe 1.0演進(jìn)到PCIe 2.0，速度也從2.5Gb/s提高到5.0Gb/s。已有的協(xié)議分析儀可進(jìn)行PCIe 2.0協(xié)議信息及跨總線分析，然而PCIe 2.0最大的驗(yàn)證挑戰(zhàn)來(lái)自于電源管理。

對(duì)于電源管理，它需要?jiǎng)討B(tài)協(xié)商使用的通路數(shù)量或“鏈路寬度”（最多16路）、鏈路速度（2.5Gb/s “ 5.0Gb/s）和空閑狀態(tài)，才可以盡量的節(jié)約能耗。電源管理在系統(tǒng)中舉足輕重，這樣筆記本電腦才可以延長(zhǎng)電池工作時(shí)間，服務(wù)器系統(tǒng)才能夠節(jié)約能量。驗(yàn)證物理層事件的能力是至關(guān)重要的。

泰克公司新推出的TLA7S08和TLA7S16串行分析儀除了具有協(xié)議信息及跨總線分析功能，與眾不同之處是它的電源管理功能。它可以分別采集x1、x4鏈路或x8鏈路，兩塊TLA7S16串行分析儀模塊可用于雙向x16鏈路。PCIe 2.0鏈路可以動(dòng)態(tài)改變寬度（通路數(shù)量）。例如，8路鏈路（x8）可以變成4路（x4），后者要求的能耗較低；在系統(tǒng)需要時(shí)可以返回x8。PCIe 2.0規(guī)范還允許鏈路在2.5Gb/s ” 5Gb/s之間動(dòng)態(tài)交替速度，同時(shí)支持PCIe 1.0和2.0標(biāo)準(zhǔn)。此外，在不使用時(shí)，鏈路可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入空閑電源狀態(tài)。在寬度和速度變化期間及在電源管理狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間驗(yàn)證這些鏈路正常運(yùn)行非常重要。泰克的串行分析儀以獨(dú)一無(wú)二的方式驗(yàn)證和調(diào)試這些鏈路流程的運(yùn)行情況。

● 串行數(shù)據(jù)鏈路分析

在物理層，當(dāng)信號(hào)通過(guò)信道（如：電纜、PCB背板等）時(shí)，因信道損耗和其它失真改變了接收機(jī)上的NRZ數(shù)據(jù)信號(hào)形狀，把所需的方波變成嚴(yán)重失真的閉合眼圖波形，如圖2所示。如果采用傳統(tǒng)的測(cè)試方法將會(huì)得出系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行的結(jié)論，但事實(shí)上鏈路依然運(yùn)行良好。究其原因是系統(tǒng)中采用了接收機(jī)均衡器。均衡器使眼圖張開(kāi)（如圖2中藍(lán)色部分），允許區(qū)分邏輯狀態(tài)高和邏輯狀態(tài)低。

接收機(jī)均衡通常采用兩種均衡技術(shù)，即FFE前饋均衡和DFE判決反饋均衡。FFE可以提升頻率、補(bǔ)償數(shù)據(jù)傳輸衰減最嚴(yán)重的頻譜部分，同時(shí)也極大地放大了噪聲。DFE是更加先進(jìn)的均衡方法，它是一種基于干凈（無(wú)噪聲）比較器輸出中的反饋的電平提升，因此不會(huì)注入噪聲。

串行數(shù)據(jù)鏈路分析主要是進(jìn)行信號(hào)完整性和一致性測(cè)試，具體是指從發(fā)射機(jī)、信道、抖動(dòng)噪聲、BER和鏈路等角度分析產(chǎn)品性能。傳統(tǒng)的發(fā)射機(jī)+信道組合顯然是不夠的。泰克DSA8200數(shù)字串行分析儀通過(guò)iConnect軟件實(shí)現(xiàn)TDR/TDT和S參數(shù)測(cè)試，提供信道檢定功能。運(yùn)行在DSA8200上的80SJNB Advanced軟件，擁有完整的均衡和信道仿真功能。在接收機(jī)一側(cè)提供重要的FFE和DFE均衡方法，在發(fā)射機(jī)一側(cè)支持生成和測(cè)量預(yù)加重和去加重信號(hào)；通過(guò)信道仿真，工程師可以采集發(fā)射機(jī)輸出上的信號(hào)。借助仿真的信道使信號(hào)失真，然后檢驗(yàn)信道最終的性能，無(wú)需提供物理硬件；擴(kuò)頻時(shí)鐘（SSC） 廣泛用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本電腦中，SATA和PCI-Express等標(biāo)準(zhǔn)中都采用了SSC。80SJNB Advanced軟件支持SSC信號(hào)采集和分析，可以對(duì)高級(jí)發(fā)射機(jī)檢定。

經(jīng)驗(yàn)借鑒

● 提供完整的綜合解決方案

串行數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域需要完整的 綜合解決方案，包括實(shí)時(shí)示波器、采樣示波器、任意波形發(fā)生器、串行分析儀和完整的測(cè)試軟件；在對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層和事務(wù)層進(jìn)行邏輯分析時(shí)，從用戶(hù)實(shí)際需求出發(fā)，增加對(duì)物理層事件的驗(yàn)證；跟隨行業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，提供針對(duì)性的解決方案，以縮短被測(cè)產(chǎn)品的研制周期。泰克公司邏輯分析儀產(chǎn)品規(guī)劃師Sarah Boen女士表示：“泰克公司提供了高速串行數(shù)據(jù)分析整體解決方案，工程師可以從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)檢定和測(cè)試整個(gè)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)一致性?！?/p>