Test d'interfaces numériques haut débit, test PCIe

Solutions de test PCIe

Test PCIe (peripheral component interconnect express)

Pratiquement toutes les exigences pour les propriétés de signaux et de transmissions de données PCIesont respectées par les oscilloscopes, à la fois pour le développement et pour le test de conformité PCIe. Sur la couche physique, les analyseurs de réseauxpeuvent fournir la précision la plus élevée possible pour le test d'intégrité du signal. Avec une configuration de test à analyseur de réseaux automatiséuniquement disponible chez Rohde & Schwarz, réduisez considérablement les durées de testdes paramètres d'intégrité du signal et augmentez la fiabilité du testpour les câbles et connecteurs PCIe avec quatre lignes ou plus, en utilisant la spécification 5.0 ou 6.0.

Le PCIe est la norme de-facto pour un serveur ou une interconnexion de caret mère de PC, entre le processeur principal et à la fois les périphériques intégrés (puces montées en surface) et les périphériques de plug-in (cartes d'extension) tels que des cartes graphiques ou des cartes mémoire, ou encore des cartes d'évolution. Pour les fabricants de PC et de puces ainsi que pour les fournisseurs de cartes de connexion dans l'industrie, la vérification des interfaces PCIeau cours du développement, et par conséquent pour la vérification de fonctionnement et le contrôle de la qualité en production, est une tâche essentielle.

Tout d'abord introduit en 2003 comme le PCIe 1.0 avec une bande passante de 8 GB/s s'exécutant à une fréquence de 2,5 GHz prenant en charge des transferts de 2,5 Giga par seconde (GT/s), une nouvelle version mise à niveaua été lancée par le PCI-SIG(Special Interest Group) tous les deux ans, à chaque fois en doublant la performance. La dernière version lancée en 2022 est le PCIe 6.0 avec une bande passante de GB/s s'exécutant à une fréquence de 32 GHz en prenant en charge 64 GT/s. Les débits de données sont indiqués en transferts par seconde, pas en débit de bits. Cela est dû au codage de transmission qui converti les bits de données en un grand nombre de caractères de transmission afin de réduire les erreurs de transmission au coût d'une augmentation de la quantité d'informations à transmettre. Pour les codages PCI 1.0 et 2.0, le codage 8b/10b est utilisé, pour le 3.0 les frais généraux de transmission sont grandement réduit avec un codage 128b/130b. Les erreurs de transmission sont réduites en obtenant un équilibre DC et une disparité bornée (long terme, 50% “1” et 50% “0” sont transmis).

Alors que le 128/130b réduit les frais généraux du protocole de 25% à 1,5%, la correction de l'erreur de transmission basée sur le protocole est également réduite. Le PCIe 3.0 a ajouté une égalisation du récepteur afin de compenser la réponse en fréquence dans le canal à hautes fréquences. Des algorithmes sophistiqués visent à créer des filtres numériques correspondant aux pertes du canal sur le récepteur.

Le PCIe connecté par 1 ou plusieurs lignes dans un emplacement. Une ligne contient une paire d'émetteur et récepteur de lignes différentielles, ainsi chaque ligne est un flux full-duplex, transportant des paquets de données. Les emplacements PCIe peuvent contenir de une à trente deux lignes, en puissances de deux. Les numéros de lignes sont écrits avec un préfixe x (par exemple, x16 représente une carte ou un emplacement seize lignes),avec x16 étant la taille la plus grande en utilisation commune. Un emplacement x1 transmet des données à 1 bit par cycle, un emplacement x16 à 16 bits par cycle. Que ce soit en termes d'emplacements et de versions le PCIe est entièrement compatible avec les versions précédentes, avec le débit de données déterminé par la taille d’emplacement la plus petite, et la version la plus faible.

L'implémentation commerciale du PCIe se trouve plusieurs versions derrière la dernière norme. Il y a encore plus de cartes mères PC 3.0 disponibles que de 4.0, qui à son tour surpasse les cartes mères 5.0; le nombre d'applications nécessitant des débits de données supérieurs à 16 GT/s sont très limités. Pour des processeurs plus simples exploitant de nombreux appareils industriels et commerciaux, le PCIe 1.0 fournit plus que la performance suffisante.

Votre défi de test PCIe

  • Pour les câbles et connecteurs PCIe avec quatre ou plus de lignes utilisant la spécification 5.0 ou 6.0, comment tester l'intégrité du signal nécessitant des centaines de mesures, de manière fiable et dans un délai acceptable et avec des procédures de test adaptées ? En considérant que vous devez trouver la correspondance de la variation des mesures exigées au cours du développement, du test de conformité et de la production.
  • Comment lire le contenu des messages PCIe ? Une conséquence du codage de transmission convertissant des bits de données en un grand nombre de caractères de transmission est que la lecture directe des données dans le flux de données n'est pas possible. Des algorithmes d'égalisation du récepteur ajoutent une complication supplémentaire pour le décodage du contenu du message.
  • Comment évaluer la qualité et l'intégrité du signal des transmissions de données, et vérifier la conformité aux tolérances de gigue.
  • Le test de conformité se compose d'une série de procédures qui doivent être strictement respectées, si les résultats doivent être valides; vous devez vous assurer d'avoir effectuer les tests de conformité correctement. Une complication supplémentaire dans les procédures de test PCIe est la nécessité de sélectionner le bon signal de test parmi plusieurs pour chaque test.

Nos solutions de test PCIe

Pour les câbles et les connecteurs PCIe répondant à la spécification 5.0 ou 6.0, vous pouvez mesurer tous les paramètres d'intégrité du signal nécessaires avec une configuration de test automatisée incluant un analyseur de réseaux R&S®ZNB43pour les mesures, la plateforme de contrôle et de commutation ouverte R&S®OSP320 pour une commutation multi-ports, et l'option R&S®ZNrun-K440pour automatiser es procédures de test.

Le R&S®RTO64et les oscilloscopes R&S®RTPfournissent la performance requise pour l'investigation des signaux PCIe 1.0 et PCIe 2.0. Le R&S®RTP peut également analyser les signaux PCIe 3.0. Des options PCIe dédiées pour les deux oscilloscope fournissent un déclenchement et un décodage pour les signaux PCIe afin de déboguer et vérifier la performance:

  • PCIe 1.0 avec un R&S®RTO64 ou un R&S®RTP (bandes passantes 6-16 GHz). Exécutez tous les tests de conformité PCIe 1.0 sur toutes les tailles d'emplacement (x1/4/8/16) et le débit maximal de 2,5 GT/s), avec l'option K81. Déclenchez, décodez et recherchez le détail du protocole avec l'option K72.
  • PCIe 2.0 sur un R&S®RTO64 ou un R&S®RTP (bandes passantes 6-16 GHz). Exécutez tous les tests de conformité PCIe 1.0 sur PCIe 2.0 pour toutes les tailles d'emplacement (x1/4/8/16) à un débit maximum de données de 2,5 GT/s avec un R&S®RTO64 (ou un débit de données maximum de 5,0 GT/s) avec le R&S®RTP, et l'option K81. Déclenchez, décodez et recherchez le détail du protocole avec l'option K72.
  • PCIe 3.0 sur un R&S®RTP (bandes passantes 13-16 GHz). Exécutez tous les tests de conformité PCIe 3.0 pour toutes les tailles d'emplacement (x1/4/8/16) et le débit de données maximum (8 GT/s), avec l'option K83. Déclenchez, décodez et recherchez le détail du protocole avec l'option K73. Déclenchez sur des sonnées décodées avec l'option K140/K141.

La bande passante de l’oscilloscope est le facteur de plus significatif pour la détermination de quels signaux peuvent être acquis, et à quelles fins de test. Pour le débogage, la bande passante doit couvrir la 3ème harmonique de la fréquence fondamentale du signal requis, pour un test de conformité c'est la 5ème harmonique.

Pour simplifier et automatiser les procédures de test de conformité avec des oscilloscopes, le R&S®ScopeSuitefournit :

  • Un assistant graphique complet pour vous guider à travers les procédures de conformité du début à la fin.
  • Contrôle automatisé de tous les réglages nécessaires de l'oscilloscope et des séquences de test de conformité.
  • Rapports de test configurables pour documenter les résultats de test.

Rohde & Schwarz propose également tous les accessoires nécessaires tels que des sondes haut débit pour le débogage PCIe, le test d'intégrité du signal, le test de validation et de conformité.

Pour le test d'interface PCIe, les analyseurs de réseaux Rohde & Schwarz (R&S®ZNA, R&S®ZNB) fournissent des mesures d'intégrité du signal avec une gamme dynamique et une bande passante maximale qui dépassent largement les exigences PCIe. Pour les deux séries d'analyseurs, l'option K2 plus K20 fournit une analyse du domaine temporel incluant des diagrammes de l'oeil et des analyses du domaine fréquentiel simultanément.

Avantages de nos solutions de test PCIe

A tous les niveaux de développement de câble et d'interconnexion, de la R&D à la production, une configuration d'analyseur de réseaux automatisée gère toutes les complexités de la procédure de test avec une fiabilité accrue, et réduit les durées de test d'un facteur 10 ou plus.

Être sûr que les résultats de vos tests de conformité soient valides. Toutes les options de test de conformité Rohde & Schwarz implémentent entièrement le logiciel de test de conformité officiel du PCI Special Interest Group (PCI-SIG) pour des tests d'horloge de référence et de qualité de signaux, ainsi que de vérification de données d’œil.

Le test de conformité nécessite plusieurs patterns de signaux de test. Avec le générateur de formes d'ondes arbitraires (option B6) installé, les oscilloscopes Rohde & Schwarz commutent automatiquement entre les signaux de test si nécessaire, économisant du temps et garantissant que la bonne forme d'onde soit toujours sélectionnée.

Compenser la déviation entre les voies de l'oscilloscope à des fréquences PCIe plus élevées avec l'option B7 comme source d'impulsions pour égaliser la voie.

Le logiciel R&S®RTPfournit l'ensemble d'outils de débogage et d'analyse le plus complet disponible pour le PCIe :

  • Déclenchez et recherchez des détails sur protocole tels que : Transaction Layer Packets, Data Layer
  • Packets, Ordered Sets et Errors. Niveau de décodage sélectionnable des bits jusqu'au contenu final du protocole, pour répondre à vos besoins.
  • Une conséquence du codage de la transmission est que la lecture directe des données depuis le flux de données n'est pas possible. Le R&S®RTP- K140/141intègre un recouvrement de données d'horloge (Clock Data Recovery) qui extrait l'horloge intégrée du signal, afin que les données décodées puissent être déclenchées; un outil très puissant pour le débogage.
  • Compensation d'égalisation du récepteur pour les pertes d'intégrité du signal sur le récepteur, fournissant un recouvrement de bit précis et de faibles taux d'erreur de bit pour le PCIe 3.0. Les deux algorithmes d'égalisation classiques du récepteur sont intégrés dans les fonctions de déclenchement et de décodage; égalisation linéaire en continu (CTLE), et décision de retour d'information (DFE), incluant le filtre non linéaire.
  • Les diagrammes de l'oeil fournissent un outil graphique simple pour l'évaluation de la qualité et de l'intégrité des signaux de données. Basé sur un matériel de déclenchement numérique unique de l'oscilloscope Rohde & Schwarz, le R&S®RTP- K136/K137fournit une analyse de l'oeil quasiment en temps réel pour des interfaces numériques haut débit, comme le PCIe.
  • La conformité aux tolérances de gigue (perturbations temporelles du signal) est un prérequis du PCIe. Analyser la gigue avec le R&S®RTP-K133.

Les pertes de signaux sont inévitables entre le point où un signal est acquis et l'entré de mesure de l'instrument, causées par les sondes, les adaptateurs et les câbles de la configuration. Plus la fréquence est élevée, plus les pertes signaux sont importantes. L'option R&S®RTP K122intègre une configuration simple à utiliser pour la spécification des composants à décompresser, corrigeant ainsi les pertes de transmission en utilisant des calcules basés sur les paramètres S.

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