如何实现PCIe Gen3/Gen4接收端链路均衡测试?

PCIe接口自从被推出以来，已经成为了PC和Server上最重要的接口。为了更高了数据吞吐率，PCI-SIG组织于2010年推出了PCIe 3.0，数据速率达到了8GT/s；于2017年推出了PCIe 4.0，数据速率达到了16GT/s。PCIe 3.0已经是PC上的标配接口；而PCIe 4.0目前仍处于高端Server上，在PC上也在开始普及。

但是随着速率的翻倍，为了在PCIe 3.0和4.0中仍然使用普通的FR4板材以及廉价的接插件。

• 使用128b/130b编码来代替8b/10b编码，使得编码效率大幅提高；

• 使用动态均衡技术，来代替先前代的静态均衡技术；

通过这两方面的改进，PCI-SIG组织实现了在速率翻倍的同时，仍能保持使用普通的FR4板材和廉价接插件。本应用笔记就聚焦于PCIe 3.0和4.0中的动态均衡技术，介绍其原理、实现及其相关的一致性测试。这样一种动态均衡技术，在spec中被称作“Link Equalization”（链路均衡，简称为LEQ）。

▼ ▼ ▼

在PCIe 3.0和4.0中的链路均衡技术相较于先前代要复杂得多，这样一种动态均衡技术可以分为两个方面进行讨论：

• 均衡特性方面：从这个方面来说，相对于先前代的均衡来说，3.0和4.0中的均衡技术的硬件性能指标要求更高了。在本应用笔记中，2.1节和2.2节讨论它的技术细节。

• 协议方面：为了实现动态地调整均衡设置，需要协议层的配合，这是通过PHY层的LTSSM状态机中的Recovery.Equalization子状态来实现的。在本应用笔记中，2.3节讨论它的技术细节。

我们先来从均衡特性的角度来看看PCIe 3.0和4.0的均衡，如下图1展示了在PCIe 3.0/4.0中所使用的全部均衡技术，在Tx端有FFE（Feed Forward Equalizer，前馈均衡器）；在Rx端有:CTLE（Continuous Time Linear Equalizer，连续时间线性均衡器）和DFE（Decision Feedback Equalizer，判决反馈均衡器）。

图1. LEQ硬件实现的模块框图

通过FFE和CTLE，可以去除大部分由ISI所引入的抖动；通过DFE可以进一步去除ISI，它还能去除部分的阻抗失配所造成的反射。通过这些均衡处理，就能够最大程度上地保证在接收端判决输入处将眼图打开。

除了上述这些均衡特性上的支持外，在协议层（LTSSM）中还规定需要通过协议的方式来动态调整链路上的均衡设定值，这整个过程称作链路均衡（Link Equalization，LEQ）。

通过这一动态过程，就能够保证链路上的Tx EQ为最优值。与此同时，本地端和对端也会同时调整Rx EQ。通过动态地调整Tx EQ和Rx EQ，就能够灵活地适应不同的信道情况。