串行数据物理层一致性测试系列之1一致性测试的共性问题漫谈Word文件下载.docx
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一致性测试的自动化程度要求很高,希望操作过程越“傻瓜”越好。
一致性测试的测试项目繁多,我们往往不明白为什么要测试某些项目,更搞不明白这些项目差了一点会对产品的性能产生什么影响,譬如幅度对称性测试,要求正负幅度之差为5%以内,但如果测试出来的结果是幅值正负差为5.5%,怎么办?
由于一致性测试的要求测试项目很多,在产品的开发调试阶段重点关注一些关键项目,如眼图、抖动测量。
http:
//www.iol.unh.edu/services/testing/ge/members.php
一致性测试的一些共性问题有:
示波器如何选择(示波器的带宽问题),理解各种测试项目的含义,如何将信号引到示波器(探头和夹具问题),如何使DUT发出测试码型(发包问题),测试报告,等等。
图一所示为一典型PC主板包括各种串行总线:
PCIExpress,SATA,FBDIMM,SAS,UWB,HDMI,USB,Ethernet(只是示意,标识的具体位置可能不对)。
此外,还有和HDMI相竞争的总线DisplayPort。
现在最热的当然是USB3.0。
各种总线都有自己的组织。
和这些组织搞好关系对于仪器厂家至关重要。
当然,这些组织的老大是Intel。
因此,和Intel搞好关系对于仪器厂家更是至关重要的。
下面我们列出这些组织及LeCroy目前和这些组织的关系。
1,LeCroy是UNH-IOL组织(负责以太网)的特别贡献会员。
2,USB-IF很多年前就认证了LeCroy的测试方案,力科的2GHz以上示波器都获得了认证。
下面是网站链接和拷屏截图:
http:
//www.usb.org/developers/docs#comp_test_procedures
3,PCI-SIG很多年前就已批准了LeCroy的方案作为推荐方案,第四代示波器刚发布不久就批准为PCI-E2.0的推荐方案。
LeCroy可以提供完整的PCI-E物理层和协议层测试。
4,LeCroy很早就是SATA-IO的会员,LeCroy可以提供SATA信号的物理层和协议层的测试方案。
LeCroy在HDD行业具有传统上的垄断地位,是硬盘厂商的“唯一指定”示波器提供商。
//www.serialata.org/membership/member_listings.asphttp:
//www.serialata.org/developers/interop_14.asp
5,LeCroy为HDMI组织的测试设备制造商推荐厂商。
//cn.hdmi.org/manufacturer/test_equipment_manufacturers.aspx
6,LeCroy是VESA组织会员。
//www.vesa.org/Members/index.htm
Intel是一家诲人不倦的公司,它除了为其芯片提供详细的设计指南之外,也为以它的芯片设计的产品的测试提供详细的测试步骤,甚至还专门开发了一种测试软件叫Sigtest,这个软件可以免费使用,可以支持三个示波器厂家的波形数据,可以产生测试报告,而且其报告是绝对权威的。
遗憾的是,目前Sigtest只支持PCIExpress,SATA和FBDIMM。
图一主板上的各种串行总线
我通常和同事开玩笑说,什么这个总线那个总线的,都是串行总线,都是“两根线”。
万变不离其宗,想到这些组织,我就想到都是在折腾这“两根线”。
当然,这些总线中有一个是特别的,那就是HDMI总线。
HDMI的信号是TDMS信号,其端接方式是需要上拉到3.3V电平,而其它所有的总线都是通过50欧姆端接到地的。
3.3V上拉给测试带来了麻烦,测试成本很高,于是当DisplayPort(简称DP)在2007年出来的时候,我在nVIDIA的一位朋友很兴奋,说这玩艺儿将来肯定会代替HDMI,让我通知总部赶紧发布DP的测试方案。
但两年过去后,我们的测试方案早就发布了,HDMI仍然没有被DP代替而且似乎有更热的趋势。
前不久我又遇到nVIDIA的这位朋友,和他探讨此问题的原因。
他说这是因为日本人韩国人厉害,HDMI是由日韩企业搞的,TV和DVD两大消费电子行业不改变,DP火不起来。
……
一致性测试的操作步骤
PCIExpress,SATA和FBDIMM等基于Sigtest的一致性测试的操作步骤基本上是一样的。
为使大家更感性地了解一致性测试,我们将此步骤简述如下。
示波器首先捕获信号然后用Sigtest来代替示波器的测量分析功能对捕获的信号进行分析。
示波器本质上是当作了“数据采集卡”。
其它的一些串行数据的测试都是基于力科的QualiPHY软件平台来完成,自动化程度更高,我们将另文介绍。
第一步:
发包。
发出测试码型最重要。
第二步:
捕获信号。
设置采样率,单次捕获一组数据。
对于PCIExpressGen2,要求捕获100万个UI的数据量。
第三步:
保存波形。
将波形保存到硬盘中,保存的数据格式为二进制。
第四步:
打开Sigtest软件。
第五步:
装载波形数据。
第六步:
验证数据文件。
第七步:
设置数据模板。
第八步:
开始测试。
第九步:
产生测试报告。
第十步:
关闭Sigtest。
示波器的带宽问题:
带宽是个老生常谈的话题了,我曾有一文专门谈带宽的:
通常我们都应遵循这些组织的规定,如图三所示。
如果预算不够,可以选择带宽低一点的,特别是测试经过一段PCB走线或电缆之后的信号时因为信号上升时间变缓,通常按比特率1.8倍带宽的关系是足够的。
但如果希望测试精度更高,对带宽要求就更高。
图二可以很好地理解带宽问题。
能量谱密度曲线图(PSD)表示的是从三角波(蓝色)到方波(红色)的一组周期性波形。
每个曲线对应的是相对于UI一定百分比的上升时间。
三角波(蓝色)的上升时间为100%UI,而方波(红色)的上升时间则为0%UI。
一般来说,工业上应用的串行数据上升时间在30%UI左右。
频率轴是根据信号(对NRZ信号而言)比特率归一化的频率,起始位置的频率是1/2倍比特率。
随着上升时间增大到占UI的比较大的百分比,高次谐波的PSD就会下降。
随着上升时间下降到占UI的百分比变小,高次谐波的PSD会增加。
在测量一定比特率信号时,通常要求覆盖5次谐波,图中标识了5次谐波,在这一点PSD的变化范围在-15dB到-33dB之间。
对于上升时间为本30%UI的信号,在2.5倍波特率的时候,仍然有明显的高次谐波成份。
图示中对于10.3125Gbps信号,如果是用力科25GHz带宽的串行数据分析仪SDA825Zi,则不能全部看到5次谐波周围的频谱成分,但如果用30GHz带宽则可以。
图二
能量谱密度曲线图(PSD)
图三
各种串行数据的推荐带宽和示波器
测试项目
每种串行数据要求的测试项目种类不一,但大同小异,一般都要测试眼图,抖动,信号比特率,幅值,上升时间,下降时间等。
各组织都详细规定了测试项目,仪器厂家根据这些规定用软件包来实现。
比较关键的测试项目如眼图、抖动等用力科的SDA系列标配的SDAII软件包就可以完成,不需要再另外购买软件包。
我们需要研究每个测试项目的含义,理解这些测试项目对产品性能的影响。
如何将信号引到示波器
除USB2.0的某些测试项目以外,其它的一致性测试方案都使用夹具和SMA线的方式将信号从DUT引到示波器中。
对于有些串行数据,在测试不同项目时需要改变夹具的连接方式。
力科的QualiPHY软件包会弹出图四示的连接示意图,非常方便。
图四软件包自动弹出彩色的连接示意图
发包问题
一致性测试的难点问题是发包问题。
我每次在演示之前,都要先在办公室试一下演示的DUT能不能正常发包。
一旦能发包,我们就感到万事了。
而当我们测试客户的DUT时,我们常对客户说,“请给我信号”。
很多客户常不知道怎么发包,而且认为这应是我们仪器厂家的事情。
也有很多客户不理解为什么一定要发这样规定的波形,觉得这些规定的测试波形太有规律了,他们认为应是跑业务数据流来测试更合理。
这往往反而令我觉得难以解释。
我说,“‘一致性’测试就是强制性测试,您一定要发出规定的波形去测试。
如果每个人都按各自的业务数据来测试,就无法找到“一致性”标准了。
测试工作状态的数据流当然可以做眼图、抖动,但那是调试波形,不是一致性测试。
”
有些行业的串行数据找不到“组织”,于是他们测试时就不管三七二十一,直接测试电路工作状态的数据眼图、抖动。
这些行业一直没诞生一统天下的“大佬”,我看那些工程师啊,整天在折腾呵!
而我们仪器厂商的很多SEs,AEs都认为发包应是工程师自己的事情。
有些客户会因为我们没有发包成功而认为我们不专业,所以,我们AE需要掌握发包方法以表现我们的专业性。
大佬什么都好,但就是把有些串行数据的发包弄得玄乎得不得了,甚至有些发包程序还很不好弄到手。
测试报告
一致性测试最终需要产生一个报告以。
PCIExpress,SATA,FBDIMM等是基于sigtest测试的,sigtest会自动产生测试报告,如图所示。
QualiPHY软件会自动产生一种最简洁最清晰最完整的报告,如图五所示。
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