启动USB、SATA、PCIe 3.0认证测试之新纪元

安捷伦资深专案经理 刘宗琪

在高频信号传输技术像是USB 3.0、SATA 3.0，以至于2010年底规格定案的PCI Express 3.0的8Gbps，时脉信号越来越高，对于信号传递的精准时间与信号品质也相形严苛，因此在高速传输界面产品的开发过程中，越来越高频的信号量测验证成为相当大的挑战。安捷伦资深专案经理刘宗琪先生，从USB 3.0 5Gbps开始到SATA3(6Gbps)以及最高频PCIe 3.0(8Gbps)，分段作相关认证测试的技术探讨...

安捷伦(Agilent)专注于高频传输的物理层(Physical layer)测试，在USB 3.0、SATA、HDMI、PCI Express、Thunderbolt等高速传输协会内，都有安捷伦派驻的专家参与其中，藉以追踪规格制定、协调、沟通与测试验证。

高频信号的量测

刘经理认为，高频信号量测可分发送端(TX)、连接线端(Cable)与接收端(RX)三个面向。一般问题多在发送端，当高频信号发送出去会有失真的问题，可藉由看信号的品质、看信号眼窗(eye window)、信号抖动量(Jitter)来判读与修正；Cable端的量测在于阻抗(impendance)的控制、Crosstalk串音效应、Skew信号歪斜与S信号参数的修正。

接受端的量测需借助等化器(Equalizer)把失真发散的信号还原回来，并藉由可控制Jitter抖动量的信号打入，以Test Mode或BIST Mode来测试对失真信号的容忍度，接收端再将信号Loopback出来到外面的量测仪器，由仪器显示出收发端内部真实接收的情况。

由于量测USB 3.0、SATA、PCIe 3.0等高频信号，收发端的测试夹具的连接头，经常会因为反覆多次的插拔而容易造成故障；现今量测仪器需具备将连接线的S修正参数带入，使得在任何不同点位量测信号时都能适度修正，如同以测试夹具夹在该点的情况。

USB 3.0认证测试

USB 3.0规格主要在于SuperSpeed模式下5Gbps的串行传输速率。英特尔的USB 3.0平台验证实验室(PIL)设立于奥瑞岗州的Hillsboro镇(Hillsboro，Oregon)，而安捷伦在英特尔的PIL建置TX传输端与RX接收端测试设备－DSA91304A与N4903B JBertB。安捷伦对USB 3.0的SuperSpeed传输通讯的实体层(PHY)验证方案，可在TX端装上安捷伦9000系列示波器、U7243A USB 3.0测试软件与U7242A测试夹具，连接线端接上E5071C网络分析仪，收发端搭接N4903B J-BERT与N4916A解加强信号转换器(De-emphasis Signal Converter)，81250A ParBERT与N5990A自动整合测试系统软件。

USB 3.0的信号量测，主要站在接收端，以USB 3.0装置的角度思考。测试仪器要能模拟芯片组发出来的信号Pattern模式，需要一段长度的FR4 PCB板来模拟Host主控端电路板的长度，主控端芯片线距限制在11英寸内，USB 3.0装置内PCB板线距则限制在5英寸，并接上3米USB 3.0连接线后再连接到接收端。

量测仪器可以打入最多8组不同的Jitter抖动信号，来测试接收端对失真信号的容忍度；接收端再将信号Loopback出来到外面的量测仪器，由仪器显示出接收端内部真实接收的情况，信号Pattern是否跟协会定义的相同。

SATA/SAS的认证测试

SATA的量测设置跟USB 3.0同样有发送端、连接端与接收端，注意因素也类似。SATA遵循的最新测试规范为UTD(Unified Test Document) v1.4，而全球目前提供SATA兼容性验证机构有美国与台湾皆设有机构的百佳泰(ALLION)、美国Granite Rivers Labs、UNH-IOL(互连实验室)等。安捷伦提供81134A/N4903B仪器组，搭配N5411B SATA自动整合测试软件供业界进行SATA信号量测验证。

由于SAS信号达到12Gbps，每一个UI需要83.33ps(pico second；万亿分之一秒)，信号扬升时间最短仅21ps，因此需要频谱达到28GHz的超高频量测仪器。安捷伦推荐由频谱达30GHz的Infiniium 90000X系列示波器，搭配SAS 12G物理层UDA量测定义程序进行。

PCI Express 3.0的认证测试

PCI Express 3.0虽然用到高达8Gbp的超高频时脉信号，对于PCIe 3.0这类超高频信号量测，目前仅建议用12GHz示波器即可。但是要量测发送端信号，则还必须借助外接纯净的信号产生器，例如像安捷伦的81134A/81150A信号产生器，或E8663D PSG正弦波信号产生器、N5181A MXG混合信号产生器。

刘经理解释PCI Express量测的方式，是连接测试置具PCB板的TP1量测点，以及跟主控芯片发送端到TP1相同距离的TP2、TP3量测点，藉由计算S参数转换，计算并还原发送端真实的信号输出。

至于更艰难的PCIe 3.0接收端(TX)量测，其技术挑战在于8GT/s已超越一般传统FR4 PCB的信号传输极限，同时PCIe 3.0采用新的128/130bit编码机制，迥异于PCIe 1.0/2.0的8/10bit编码机制，解读方式也大不相同。

安捷伦提供J-BERT N4903B高效能串行信号产生器，可产生最高达到14.2Gbps的串行信号，同时搭配N4916B解加强信号转换器，经过两组等化器设备串接与软件上的修正，把打入接收端之后loopback到仪器而造成衰减失真的信号完全还原回来，就能完成艰钜的接收端信号量测作业。