PCIe, диагностика и улучшение глазковой диаграммы

Есть довольно много вещей, которые сделают это с вами.

Вы не указали длину интерфейса. Я часто подключаю чип к чипу PCIe, и вам действительно нужно принять это во внимание, поскольку вы получите затухание примерно 0,18 дБ на дюйм из-за потерь на скин-эффекте и около 0,5 дБ на дюйм из-за диэлектрического поглощения на «обычном» FR4.

Я думаю, вы сможете получить более точные цифры из таблицы материалов печатной платы, если загрузите ее и посмотрите на тангенс угла потерь. Взгляните на Isola 370HR для типичного описания. Приведенные выше цифры довольно точны для частоты 5 ГГц. При скорости 2,5 Гбит цифры немного ниже, с общими потерями ~ 0,4 дБ на дюйм.

Я предполагаю, что помимо коммутационных и разделительных конденсаторов вы используете однослойную маршрутизацию для интерфейса. Переходы слоев могут легко сделать очень неприятные вещи с сигналом. Контролируемый импеданс будет немного отличаться от слоя к слою, и отражения являются естественным результатом (существуют способы успешной многослойной маршрутизации, но для этого требуется большая осторожность и некоторые необычные приемы).

Для PCI Express (и Infiniband, если на то пошло) скорость нарастания и спада сигнала в передатчике имеет минимальное время нарастания и спада, чтобы свести к минимуму проблемы с электромагнитными помехами, и это время составляет 0,25 UI, что приводит к артефактам передачи сигналов 10 ГГц на каналах 2-го поколения. и артефакты 5 ГГц в поколении 1, которые необходимо учитывать.

Вышеупомянутое поле устранения акцента помогает вам получить четкое представление о приемнике, уменьшая амплитуду без переключения по сравнению с номинальной амплитудой запуска.

Если вы теряете слишком много амплитуды на фронте переключения сигнала, установите в этом поле большее значение. Вы также можете установить номинальную амплитуду запуска немного выше.

Другие вопросы, на которые вы можете обратить внимание:

Где относительно передатчика конденсаторы связи? Они должны быть как можно ближе к передающим контактам. Как только они превысят половину длины волны 10 ГГц (около 0,6 дюйма на FR4) [удвоить это расстояние для каналов 2,5 Гбит/с], они определенно будут отражать энергию.

У меня были проблемы с геометрией конденсаторов 0402 или больше в PCI Express gen. 2, и теперь я использую устройства обратной геометрии (0204) для уменьшения эффективной последовательной индуктивности. Кажется, они очень хорошо справляются со своей задачей.

Глядя внимательно на глазковую диаграмму для переходных битов (кстати, у вас хороший прицел - это то, что вам нужно для этого), кажется, что начальный привод сигнала управляет оконечной линией (сигнал достигает 0,5 В (номинальное) в классической манере линии передачи). Это не особенно длинная линия (время прохождения туда и обратно - это время, когда сигнал достигает полного V [номинал]).

вы говорите, что канал работает на скорости 2,5 Гбит/с (поколение 1), и это то, что показывают трассировки осциллографа, но вы можете поэкспериментировать с полем устранения акцента (посмотрите в справочном руководстве, а также в листе электрических данных). (см. примечание ниже). «Стандартные» значения деакцентирования предназначены для номинальной ссылки, а не встроенной ссылки, такой как у вас здесь (и что я также регулярно делаю). Если вы можете получить его примерно до 6 дБ, вы можете получить лучшие результаты.

Номинальное снижение акцента составляет 3,5 дБ для Gen 1 и 6 дБ для Gen2. Я отмечаю, что приведенное выше поле, по-видимому, подразумевает, что канал Gen 2 составляет 3,5 дБ — вы можете немного покопаться в этом. Ссылка, которая у вас есть, требует как минимум 3,5 дБ ослабления акцента.

Обратите внимание, что глаз у приемника будет совсем другим, но это важно . В качестве эксперимента прочитайте счетчики ошибок в процессоре (большинство из них имеют счетчик повторных попыток); если вы не видите существенных ошибок, возможно, вы гонитесь за чем-то, что на самом деле не является проблемой. Если вы видите большое количество ошибок, возможно, что-то из этого может помочь.

И еще: чрезмерные амплитуды запуска и расфокусировки так же плохи , как и слишком низкие.

Может быть, это поможет вам немного: Надеюсь на это.

Примечание. Freescale документирует все, просто иногда он находится не там, где вы ожидаете его найти. Убедитесь, что у вас также есть последние исправления устройства.

Обновить . Добавлены примечания о геометрии конденсаторов.

До узла 2,5 Гбит/с устройства 0402 работают нормально. Мой удобный калькулятор показывает, что типичное устройство 0402 имеет импеданс около 10 Ом (индуктивный) на этой частоте и 21 Ом на 5 ГГц (самая высокая интересующая частота). Это не так уж плохо для дифференциальной системы на 100 Ом, так как эффективное сопротивление тесно связанной пары несколько меньше, чем у прямого сложения.

Собственный резонанс для этого устройства составляет 19 МГц, что значительно ниже всех интересующих частот, поэтому любой фазовый шум возникает из-за ESL. Сохранение импеданса ниже примерно 1/3 эффективного импеданса дорожки означает, что фазовый шум (и, следовательно, дополнительная межсимвольная интерференция), который мы получим, будет находиться в диапазоне от 1 до 17 градусов (односторонняя дорожка от тесно связанной пары обычно имеет (Z (diff)/2)*1,25, поэтому для 100 diff несимметричный импеданс составляет около 65 Ом). Это количество фазового шума управляемо.

На частоте 10 ГГц эффективное сопротивление составляет около 44 Ом и может начать мешать дифференциальной паре, внося чрезмерный фазовый шум в интересующую полосу частот, поскольку максимальная фаза теперь составляет около 34 градусов. Хотя я успешно выполнил Gen 2 с устройствами 0402, у меня также были проблемы с более длительными пробегами, и теперь я использую устройства с обратной геометрией 0204 для этой скорости и выше.

Для каналов с кодированием 8b/10b интересующая полоса частот находится в диапазоне от битовой скорости/5 до битовой скорости * 2. Нижний предел ограничен кодированием длины серии, а верхний предел ограничен требованием спецификации для минимального времени нарастания и спада. .

ESL для различных геометрий:

0402: около 700рН

0204: около 300 рН

0805: около 1 нФ

Обновление Добавлен комментарий о 50% начальной амплитуды запуска.

Рассмотрим линию передачи, заканчивающуюся в источнике и в пункте назначения при характеристическом импедансе линии Z0.

При первоначальном запуске, если длина линии превышает длину волны сигнала, точка запуска будет равна 50% от амплитуды запуска из-за эффекта делителя напряжения (передатчик в этой точке видит только линию передачи).

Как только энергия достигает точки назначения и начинает подниматься до точки 50%, энергия в источнике эффективно «заполняет» линию энергией и достигает полной амплитуды запуска. Строго говоря, линия передачи в точке назначения видит делитель напряжения, и эффект делителя в источнике исчезает по мере приближения выхода к постоянному току (имея в виду, что эффект линии передачи применим только к переходам).

Это также можно представить как 50-процентный уровень энергии, движущийся вниз по линии передачи к конечному завершению, а затем отражающийся обратно на полном уровне. Вот почему мы видим «время прохождения туда и обратно» в точке 50% в любой точке линии.

Ваш график показывает именно такое поведение в точке линии, которая еще не находится в порту назначения , потому что эта точка 50% фактически движется вдоль линии.

В приемнике, как только энергия достигает точки 50%, полная энергия линии следует, и напряжение в приемнике продолжает расти, обеспечивая плавный переход от одного уровня к другому.

Это также можно представить как точку с напряжением 50 %, перемещающуюся вдоль линии к приемнику, а затем отражающуюся обратно со значением 100 % (приемник сначала достигает постоянного тока). По этой причине напряжение на уровне 50%, наблюдаемое в любой точке линии, показывает время прохождения туда и обратно от этой точки до приемника.

Это обсуждение справедливо как для дифференциальных сигналов, так и для несимметричных.

Таким образом, ваш график выше показывает классическое поведение линии передачи с небольшими отклонениями от ожидаемого поведения. На самом деле, это один из самых чистых глазков передатчика, которые я когда-либо видел.