數(shù)字通訊的蓬勃發(fā)展帶動了晶片、功能性電路板和系統(tǒng)之間的高速互連需求，雖然數(shù)據(jù)是數(shù)字的，但設(shè)計人員選擇的是模擬低電壓差動信號(LVDS)方法來驅(qū)動這些高速的傳輸線。LVDS在速度、低耗電和雜波控制方面?zhèn)涫芸隙�，且具有成本方面的�?yōu)勢，因此在數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域的point-to-point應(yīng)用中相當(dāng)受歡迎。本文將以PCI-Express為例，介紹如何運用高效能脈沖發(fā)生器(如安捷倫3.35GHz頻寬的81134A脈沖/數(shù)碼發(fā)生器)進行Rx(接收器)的設(shè)計驗證，其中包括PCI-Express Rx的設(shè)計驗證需求，以及所要進行的不同測試等。
運作原理
PCI-Express部份(待測物/DUT)將對來自訓(xùn)練序列(training sequence)的信號進行初始化，這是一段特定的數(shù)據(jù)序列，可以激發(fā)設(shè)計的特定部份。當(dāng)以這樣的訓(xùn)練序列信號加以激發(fā)時，該Tx將會輸出一個類似的序列信號作為回應(yīng)。所回應(yīng)的碼流(bit flow)是可以預(yù)測的，但是回應(yīng)會在一段相當(dāng)長的時間內(nèi)出現(xiàn)，因此回應(yīng)的時間是無法精確地預(yù)測的。
這樣的機制可用來量測Rx輸入效能的特性。用來激發(fā)的訓(xùn)練序列信號可以在額定的條件(nominal condition)或壓力(stress)的條件下送出，然后在輸出端觀察輸出信號，看看回應(yīng)的序列信號是否被正確地接收下來。只有在Rx輸入端正確無誤地收到激發(fā)信號時，回應(yīng)的結(jié)果才會正確。加到激發(fā)序列信號中的壓力條件可以是不同的電平和擺動(swing)幅度，也可以在共模(common mode)和差動模式(differential mode)下，將雜波和抖動加到信號電平上，以縮小眼圖開啟的大小。
設(shè)計驗證/特性量測的設(shè)置方式
要分析所回應(yīng)的訓(xùn)練序列信號是否正確，邏輯分析儀為最好的選擇。邏輯分析儀可讓您定義出預(yù)期數(shù)據(jù)的確實順序，并且可以輕易地判斷出是否出現(xiàn)了預(yù)期的數(shù)據(jù)順序。
若要產(chǎn)生激發(fā)用的訓(xùn)練序列信號，需使用一部可將相對應(yīng)的數(shù)據(jù)序列載入記憶體中的脈沖/數(shù)碼發(fā)生器，利用其可調(diào)整電平和時序的功能，產(chǎn)生額定的電平和時序信號，以灌入Rx輸入端。此外，您也可以降低擺動幅度或是脈沖寬度到DUT停止正確動作的點為止。在函數(shù)發(fā)生器(像Agilent 33220A或33250A)的協(xié)助之下，可植入雜波和抖動，對信號施加進一步的壓力。
此量測設(shè)置方式還包含一部示波器(可使用Infiniium DCA如果信號是重復(fù)性的，或使用高頻即時示波器像54855A)，以便在Tx端進行信號完整性測試。此時，脈沖/數(shù)碼發(fā)生器對測試PCI Express晶片很有用。
若要進行功能性測試，所提供的信號必須是干凈的，而且信號的電平/擺動也要合乎額定的條件，也就是電平要超過標(biāo)準(zhǔn)所定的最低要求，而且沒有雜波和抖動。因此，脈沖/數(shù)碼發(fā)生器本身的準(zhǔn)確度(如RMS抖動)是一個相當(dāng)重要的考量。
進行壓力量測時，會將電平/擺動的大小調(diào)到低于接收器的最低要求值的位置，只要邏輯分析儀再也偵測不到任何正確的回應(yīng)時，該信號的電平就是Rx輸入端無法再辨認(rèn)的壓力點。其它的壓力條件包括加入雜波，可以是共模雜波或是差動雜波(也稱為串音)。共模雜波是將雜波同時加到數(shù)據(jù)和互補數(shù)據(jù)(complementary data)中，而差動雜波或串音則是只將雜波信號加到其中一條數(shù)據(jù)線中。
抖動調(diào)變可縮小時間軸上有效的眼圖開啟幅度，眼圖開啟的幅度愈小，Rx輸入端就愈難擷取到正確的碼率，到了某個眼圖開啟的幅度，其輸入頻寬就不足以正確地解析出輸入的序列信號了。
(1)如何加入抖動
若運用Agilent 81133/34A脈沖/數(shù)碼發(fā)生器或Agilent ParBERT 3.35Gb/s發(fā)生器的話，抖動調(diào)變會變得簡單許多。這兩種儀器都內(nèi)建有延遲控制的輸入端，可以在函數(shù)發(fā)生器連接到該輸入接頭時，進行抖動調(diào)變。函數(shù)發(fā)生器的波形可以定義調(diào)變的類型，其振幅則可以定義眼圖開啟幅度的大小。
(2)如何植入雜波
所有的雜波都是以AM(振幅調(diào)變)的形式加到數(shù)據(jù)序列中。在函數(shù)發(fā)生器的協(xié)助之下，此雜波可以正弦波或方波或亂數(shù)信號的方式產(chǎn)生出來，透過連接到一般作為高速數(shù)據(jù)終端的電阻，可以做到AM調(diào)變，因此如果終端電阻的另一端(一般是終端到地)出現(xiàn)一個調(diào)變信號的話，此信號就會在Rx輸入端加入到數(shù)據(jù)序列中。
脈沖∕數(shù)碼發(fā)生器可以提供差動信號線所需的數(shù)據(jù)序列，若要植入調(diào)變信號的話，必須在兩條信號線上加入功率分接器(power divider)。加入功率分接器有一個必要的條件是：介于發(fā)生器的輸出和Rx輸入之間的兩條數(shù)據(jù)線的電氣長度需保持相同。
功率分接器是由三個電阻所構(gòu)成，以確保在每個方向都有適當(dāng)?shù)慕K端，缺點是經(jīng)過功率分接器會有50%的振幅損耗，因此對特定的擺動而言，脈沖/數(shù)碼發(fā)生器的輸出振幅設(shè)定要加倍才行。
就共模雜波而言，需要以相同的信號來調(diào)變兩條數(shù)據(jù)線，因此需要用到一個功率分接器，將雜波由函數(shù)發(fā)生器中分出來，這也要藉助于功率分接器來達成，如此一來，可以在兩條數(shù)據(jù)線上，提供數(shù)據(jù)與互補數(shù)據(jù)線之間隔離得很干凈的雜波信號。由于調(diào)變信號的功率會被分為兩部份，因此用來進行驅(qū)動的函數(shù)發(fā)生器的振幅在Rx輸入端要設(shè)定為超過所需之雜波底線的4倍才行。
就串音量測而言，雜波信號只需出現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上，因此只要在數(shù)據(jù)路徑上的其中一個功率分接器，將調(diào)變信號斷開就可以了。需特別注意的是，兩個開端都要做適當(dāng)?shù)慕K端處理。有些函數(shù)發(fā)生器可能沒有良好的逆向終端(backwards termination)，在此情況下，可在函數(shù)發(fā)生器和功率分接器之間加入一個3dB的衰減器，這樣可以大幅提高逆向終端的效能。
(3)如何產(chǎn)生解強調(diào)(de-emphasis)信號
若要驗證接收器對解強調(diào)信號的反應(yīng)，可在數(shù)據(jù)流中，產(chǎn)生一個有兩個不同電壓振幅的信號，作法是將81134A的兩個輸出通道相加，設(shè)定其中一個通道來產(chǎn)生“基本”的數(shù)據(jù)流，另一個通道則用來調(diào)整電壓電平到公稱和解強調(diào)的值。
(4)如何產(chǎn)生解強調(diào)信號
由于通道相加也要透過功率分接器來進行，因此由脈沖發(fā)生器輸出的電壓振幅必須設(shè)為待測裝置所需振幅的兩倍。為了達到這些不同的信號電平，通道相加要透過下列的方式進行：將通道1設(shè)在強調(diào)和解強調(diào)之間的電平，將通道2設(shè)在最終的電平。如果兩個通道都設(shè)在“高”電平的位置，電壓就會相加到強調(diào)的電平，如果通道2的設(shè)定和通道1相反的話，電壓相減的結(jié)果就會得到解強調(diào)的電平。
對具有兩個輸入的PCI Express而言，工程師會需要雙通道的脈沖/數(shù)碼發(fā)生器(如安捷倫81134A)。對具有4、8、16個輸入的PCI Express而言，可運用具有多個發(fā)生器的81250 ParBERT(最多可達64個)。它可以控制多個通道間的時序不對稱(skew)，而且在個別的數(shù)據(jù)通道之間，可以調(diào)整距離開始處的延遲時間，或是透過脈沖/數(shù)碼發(fā)生器以及81250ParBERT中每個發(fā)生器所提供的延遲控制輸入的協(xié)助，在激發(fā)序列信號產(chǎn)生期間，動態(tài)地改變延遲時間，可調(diào)整的范圍是+/-250ps。
結(jié)論
點對點的高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)像PCI-Express，需要完整的發(fā)射器及接收器測試。一般來說，接收器端的測試不像發(fā)射器端的測試那樣簡單。對發(fā)射器端而言，可以很方便地接上一部示波器來直接量測信號，但接收器端則需要使用脈沖∕數(shù)碼發(fā)生器為激發(fā)源，搭配示波器量測發(fā)射器端的反應(yīng)。文中我們提到了如何測試PCI-Express接收器的規(guī)格，以及如何植入抖動和雜波，測試產(chǎn)品的耐壓能力。我們所提到的測試方法其實可以應(yīng)用到任何接收器的測試。
進一步信息，請訪問http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5988-7432ZHA.pdf。
