PCIE jitter測試問題分析以及解決方案

項目背景: 項目為一個云端運算的產品，所有的高速和低速信號都要進行信號完整性測試，其中包括高速串行信號PCI-Express Gen1( 簡稱PCIe Gen1)。PCIe Gen1信號分為CEM和base兩種情況，CEM的測試可以使用 PCI-sig協會的fixture直接進行測試；base的測試直接使用探頭探測最終端的測試點，這樣就會帶來一個問題，如何才能測試到芯片的的最終端？因為，信號的互連通道不僅僅包含了PCB走線，還包含了芯片內部的布線，一般我們認為測量到芯片內部的Die才算最終端。

該項目的PCIE 1.0是屬于PCIe base的，互連CPU與以太網PHY，如下圖1所示：

圖1 原理框圖

所以測試的時候，需要將probe探測到最終端，但是對于目前示波器測試而言，都只能測試到芯片的引腳上，沒有辦法探測到最終端的Die上，如下圖2所示。

圖2 測試點只能探測到芯片的管腳

測試設備：示波器（16GHz），測試探頭（16GHz），萬用表，烙鐵，校準板，網絡分析儀（帶TDR選件）

分析軟件：Intel ?Sigtest

問題描述以及分析：在測試接收端（RX）的信號時，以太網PHY發送信號，測試點選在CPU BGA下方的過孔上，信號沒有任何問題，眼圖和jitter都能滿足PCI-sig協會規范。測試發送端（TX）時，CPU發送信號，以太網PHY是接收端，由于PHY芯片封裝是QFP的，所以探頭點在引腳上。得到測試波形后，在分析軟件中分析波形，能通過眼圖模板測試規范，但是發現jitter過不了規范，重復幾次測試都是如此。再校準示波器和測試探頭再測試，依然如此。每次得到的結果如下圖3所示：

圖3 眼圖和jitter測試

結果顯示fail，而且是jitter fail。 jitter的問題一般都是比較麻煩的。從眼圖上看，眼圖的軌跡很稀松，也不是很光滑。

將示波器的原始波形展開放大觀察，發現信號在上升和下降沿上出現了非單調的現象，對比眼圖，正好能對應上眼圖的交叉點處，如下圖4所示。

圖4 測試波形圖

一般非單調是因為阻抗不連續造成的。在PCB生產完成之后，我們對高速信號進行了阻抗的測試，對應的阻抗如下圖5所示：

圖5 阻抗測試曲線

上圖所示，這是使用網絡分析儀的TDR軟件測試得到的結果，信號線的設計阻抗為85ohm，有上圖5紅色框曲線所示，測試阻抗都能滿足在85ohm +/-10以內的設計要求，可以認為其阻抗一致性比較好。不存在信號線阻抗突變的問題。如果阻抗沒有突變，一般在測試時出現這種非單調的情況，大多時候都是由于測試不在最終端所造成的（當然，最終端的die達不到，那么至少要求stub最短）。

項目使用的以太網 PHY封裝如下圖6所示：

圖6 芯片封裝

這種封裝，很多時候其芯片內部走線比較長，那么在測試的時候，其探測點在芯片的引腳上，那么內部的走線就是一段stub，顯然，這一段stub很長，由于stub的作用，很可能最終導致其測試時信號波形出現非單調。進而影響眼圖、jitter等信號完整性的表現。

解決方案：分析了相關的原因后，懷疑就是在測試時芯片內部的走線形成了stub，那么在測試把芯片去掉，在PCIE信號兩個引腳上分別焊接上50ohm的端接電阻，類似PCIE CEM的測試一樣，探頭連接在電阻端進行測試，這樣就不會存在stub，如果信號波形是好的，都能滿足眼圖、jitter等性能指標，那么懷疑是芯片內部的走線引起的stub導致的反射，這就是成立的，這樣的情況可以認為PCIe的互連通道的信號完整性能滿足產品和規范的要求。

芯片去掉之后，端接上電阻，得到眼圖和jitter分析結果如下圖7所示：