在高速信號調(diào)試時工程師必須首先調(diào)試并驗證其設(shè)計是否符合物理層規(guī)范。在此階段，信號完整性(如眼圖和抖動)是關(guān)鍵問題，很多這種驗證和調(diào)試是通過使用偽隨機(jī)碼序列(PRBS)或循環(huán)測試碼，并結(jié)合示波器及示波器廠家提供的串行數(shù)據(jù)眼圖和抖動分析軟件來完成的。
在確保物理層信號質(zhì)量沒有問題后，串行信號從測試碼變?yōu)?b/10b編碼字符序列，此時系統(tǒng)級問題成為調(diào)試的重點(diǎn)，問題可能會出現(xiàn)在物理層-鏈路層域(涉及信號完整性和數(shù)據(jù)完整性的交叉領(lǐng)域)。這時，就需要對物理層信號實(shí)現(xiàn)解碼分析。
對于現(xiàn)代的高速串行系統(tǒng)，系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作顯得更為突出，協(xié)議間的任何沖突也會導(dǎo)致整個系統(tǒng)出現(xiàn)問題，因此分析物理層和鏈路層往往還是不夠的，還必須要對系統(tǒng)的協(xié)議層進(jìn)行分析，這時往往需要用到專用的協(xié)議分析儀。本文將為大家重點(diǎn)介紹力科示波器針對高速串行信號物理層、鏈路層和協(xié)議層的解決方案。
高速信號的傳輸過程分析
為了確保較好的信號傳輸質(zhì)量，高速串行數(shù)據(jù)信號在傳輸之前往往需要進(jìn)行相應(yīng)的編碼處理，如下圖1所示即為串行信號簡單的傳輸過程，在發(fā)送端信號先進(jìn)行Scrambler和8b/10b編碼處理，處理后的信號經(jīng)過傳輸鏈路傳輸后進(jìn)入接收端后還需要進(jìn)行10b/8b和Scrambler的解碼處理。我們觀察信號都需要在傳輸鏈路上進(jìn)行觀察，因此觀察到的是編碼后的加擾信號和10b信號。
圖1 串行信號簡單的傳輸過程
8b/10b編碼是當(dāng)前大部分高速串行信號都使用的一個非常通用的編碼方式。如SATA、PCIE GEN1/2均使用8b/10b編碼方式。使用8b/10b編碼可以確保電路的DC平衡(使得0電平和1電平的密度保持平衡)，這樣系統(tǒng)可以更加準(zhǔn)確的從數(shù)據(jù)中恢復(fù)出理想時鐘，也可以有效的減小碼間干擾抖動，盡可能的減小系統(tǒng)出錯的概率。另外，通常8位代表一個數(shù)據(jù)位，如果所有位都用來表示數(shù)據(jù)，那么將沒有多余的位來進(jìn)行碼型的同步，因此8b/10b編碼的另外一個好處是可以提供多余的位來作為同步碼，如常見的K28.5、K28.3等碼型。圖2為一個8b/10b的示例：
圖2 8b/10b解碼
數(shù)據(jù)的比特位從8位增加到了10位，原數(shù)據(jù)位中出現(xiàn)較少的電平特性經(jīng)過編碼后得到了增加。
圖3為對信號傳輸鏈路上采集到的信號的解碼過程。使用示波器可以直接觀察到圖3最上端的物理層波形，如果要觀察到10b解碼信息和Scramble解碼信息，則需要使用示波器廠家提供的專用的高速串行信號解碼分析軟件。
圖3 串行信號解碼示例
進(jìn)一步進(jìn)行解析，即可得到協(xié)議層的信息，如圖4所示。
圖4 串行數(shù)據(jù)的協(xié)議層信息
全方位測試解決方案
物理層測試分析 (1) 高達(dá)45GHZ帶寬的實(shí)時串行數(shù)據(jù)分析儀(實(shí)時示波器)、120GS/S的采樣率、768MS的可分析存儲深度，不僅適合于目前所有串行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，也提前為下一代高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測試解決方案提供了充分的帶寬和采樣率的保證。
(2) SDAII專業(yè)信號完整性分析軟件包，長存儲數(shù)據(jù)眼圖測試速度極快(20M的數(shù)據(jù)做眼圖分析只需要1-2秒)，且提供了Spectrum和NQ-Scale兩種抖動算法，其中NQ-Scale算法是力科專有的專利算法，可實(shí)現(xiàn)將隱藏在隨機(jī)抖動中的固有抖動剝離出來，這類抖動往往由于高次諧波、長偽隨機(jī)碼引起的串?dāng)_而引起，業(yè)界其它算法通常都會將這類抖動當(dāng)作隨機(jī)抖動來處理。SDAII為工程師提供了非常強(qiáng)大的高速串行信號的調(diào)試功能。
(3) Qualify一致性測試軟件包，可以實(shí)現(xiàn)對高速串行信號的物理層特性是否符合規(guī)范要求的一致性測試，自動出具多種格式的報告，一鍵完成全部。
(4) EyedoctorII專業(yè)信號完整性分析軟件可實(shí)現(xiàn)通道仿真、夾具去嵌、預(yù)加重、均衡、虛擬探測等高速信號的全系列分析功能。
鏈路層和協(xié)議層分析 (1) 基于實(shí)時示波器的力科專業(yè)解碼分析軟件包。如圖5所示，示波器解碼出的信息能夠以不同顏色區(qū)分不同的碼型，數(shù)據(jù)位和命令位一目了然，界面顯示非常清晰。解碼信息不僅以數(shù)據(jù)的方式顯示，還以列表的方式顯示，方便查找。支持常用的8B/10B、SATA、SAS、PCIE、XAUI等高速串行信號的解碼，還支持最新的USB3.0的解碼。解碼信息可以輸出為CSV文件，以供離線分析。可同時進(jìn)行四路信號的解碼分析。
圖5 力科示波器解碼示例
(2) 基于實(shí)時數(shù)字示波器的力科專用協(xié)議層分析軟件包。由于力科擁有針對高速信號的協(xié)議分析儀產(chǎn)品，其協(xié)議分析軟件具有強(qiáng)大的協(xié)議分析、糾錯能力，因此為了讓廣大工程師在進(jìn)行物理層測試的同時也能夠觀察到協(xié)議層的相關(guān)信息，力科專門開發(fā)了針對力科高端示波器的協(xié)議分析功能，通過此功能可以實(shí)現(xiàn)將示波器與協(xié)議分析儀軟件進(jìn)行同步，并將示波器采集到的信號送入到協(xié)議分析軟件中即可實(shí)現(xiàn)對串行信號的協(xié)議分析。
具體實(shí)現(xiàn)方法，是在力科示波器中安裝軟件ProtoSync以及相應(yīng)的串行信號的解碼軟件如PCIE_D,USB3_D,USB2_D，然后再在示波器中安裝力科協(xié)議分析儀的分析軟件，即可實(shí)現(xiàn)對高速串行數(shù)據(jù)的協(xié)議分析。圖6所示為力科示波器對PCIE信號的協(xié)議層分析結(jié)果：
圖6 力科示波器對PCIE信號的協(xié)議層分析結(jié)果
小結(jié)
本文簡要介紹了力科示波器的高速串行數(shù)據(jù)提供的測試解決方案及其特點(diǎn)，尤其是其融入?yún)f(xié)議分析軟件，使得示波器的功能更加全面，不僅可以對物理層信號進(jìn)行深入的分析，而且還可以對串行信號的更深層面的協(xié)議層也展開分析，這就為廣大工程師對高速串行信號的調(diào)試提供了更加全面、更加快捷的測試解決方案。
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