高速SI测量方法(10G信号)

高速SI测量方法 (2)

1 前言 (2)

2 SFI (2)

2.1 SFI标准 (2)

2.2 电气特性 (2)

2.3 测试仪器 (5)

2.4 测试方法 (5)

2.4.1 搭建测试环境 (5)

2.4.2 启动DUT (7)

2.4.3 选择BCM#模式 (7)

2.4.4发送PRBS码 (7)

2.4.5 调节预加重参数 (7)

2.4.6 调节预加重驱动 (8)

2.4.7 保存结果 (9)

2.5 测试命令 (9)

2.6 测试结果 (9)

3 XFI (10)

3.1 XFI标准 (10)

3.2 电气特性 (10)

3.3 测量仪器 (12)

3.4 测试方法 (13)

3.4.1 测试环境搭建 (13)

3.4.2 启动DUT (15)

3.4.3 选择BCM#模式 (15)

3.4.4 发送PRBS码 (15)

3.4.5 调节预加重参数 (15)

3.4.6保存测试结果 (16)

3.5 测试命令 (16)

3.5.1 MAC_TX TEST (16)

3.5.2 PHY_TX TEST (16)

3.6.测试结果 (16)

4 KR (18)

4.1 测试方法 (20)

4.2 测试命令 (20)

4.3 测试结果 (21)

5.总结 (24)

5.1 测试注意事项 (24)

5.2 眼图测试总结 (25)

高速SI测量方法

1 前言

在速率达到10Gbps 高速设计中，尽管我们在电路设计上按照标准设计，但在信号的传输过程仍不可避免会受到串扰等的影响，由此我们需要去做信号完整性分析，以验证我们设计的正确性，而眼图是一种可对数字信号传输作定性分析的有效手段。以下所介绍就是关于10G信号接口SFI、XFI、KR的SI测量方法。

2 SFI

2.1 SFI标准

SFF-8431定义了SFI的电气特性及测试方法。

2.2 电气特性

在SFF-8431中SFI被定义了以下三种模型：

①Host System

Figure1---Host Compliance Board

②ASIC/SerDes

Figure 2---ASIC/SerDes Test Board

③Module

Figure 3---Module Compliance Board

以上三种模型对应的定义了如下测试点：

Figure 4---SFI Reference Points

而在我们的设计应用中，我们需要验证IC的transmitter和receiver 的信号经过SFP+ Module connector后的信号质量.而ASIC/SerDes和Module模型分别定义对ASIC和Module本身的

电气特性，并未考虑信号经过connector的情况，与我们的实际应用不符。所以我们设计模型为Host System.测试点为B点和C点，但因目前尚没有设备从外部输入信号，C点暂无法测试，以B点作为测试参考点。以下是B点和C点的定义：

B点：Host output at the output of the Host Compliance Board.

C点：Host input at the input of the Host Compliance Board.

所以我们对SFI眼图的测量结果必须符合以下的spec要求：

Figure 5---SFP+ Host Transmitter Output Jitter and Eye Mask Specifications at B

2.3 测试仪器

SFI的测试需要一套与之匹配的测试制具和测试仪器，测试用具如下： ① SFI测试制具

Figure 6---SFI测试制具

②10G示波器及采样模块80E04

③时钟恢复模块CR125A

2.4 测试方法

2.4.1 搭建测试环境

Figure 7---测试环境图

2.4.2 启动DUT

2.4.3 选择BCM#模式

2.4.4发送PRBS码

PRBS是Pseudo Random Binary Sequence的缩写，即“伪随机二进制序列”的意思。PRBS 码具有“随机”特性，是因为在PRBS码流中，二进制数“0”和“1”是随机出现的，但是它又和真正意义上的随机码不同，这种“随机”特性只是局部的，即在周期内部，“0”和“1”是随机出现的(码流生成函数与初始码确定后，码流的顺序也是固定的)，但各个周期中的码流却是完全相同的，所以我们称其为“”伪随机码。PRBS码的周期长度与其阶数有关，常用的阶数有7、9、11、15、20、23、31，也就是我们常说的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31。

在对高速信号链路进行误码测试时，基本上都是利用PRBS码流来模拟真实的线网码流环境，因为在线网中，所有的数据都是随机出现的，没有任何规律可言，而PRBS码流在一定程度上具有这种“随机数据”特性，二进制“0”和“1”随机出现，其频谱特征与白噪声非常接近。PRBS 码流的阶数越高，其包含的码型就越丰富，就越接近真实的线网环境，测试的结果就越准确。芯片厂商Broadcom提供以下七种PRBS等级，并推荐我们使用PRBS15测试。

Figure 8--- PRBS Select

2.4.5 调节预加重参数

预加重技术在信号发送前对其进行预扭曲，以使接收器上的信号质量如同原始发送的质量。发送端芯片一般会具备预加重调节功能，需要去调节预加重为最优值以确保接收端信号眼图最优化。芯片厂商Broadcom提供16个不同的预加重等级,每个等级包含两个可调节参数post tap

和main tap，分别对应下图的X和Y,通过输入不同的预加重等级，观察眼图效果，可找到最优的一个参数。

Figure 9---Typical Values Versus Setting (SFI TX Preemphasis)

2.4.6 调节预加重驱动

当发现调节预加重后，眼图eye heigh不够，仍然闭合时，我们还可以通过调节预加重驱动来改善眼图。

2.4.7 保存结果

2.5 测试命令

Dxs-3600> DLkg

Debug# bcm

Bcm# ---进入bcm模式

Bcm# phy raw c45 4 1 0xffff 0 ---打开MDC/MDIO访问SFI寄存器

Bcm# phy raw c45 4 1 0xcd14 0x4284 ---发送PRBS15

Bcm# phy raw c45 4 1 0xca05 0x0050 ---调节预加重参数为等级0

Bcm# phy raw c45 4 1 0xca02 0xb800 ---调节预加重参数为等级0

Bcm# phy raw c45 4 1 0xca01 0xff08 ---调节预加重驱动参数为0xff08

2.6 测试结果

经过初期测试并debug后，24个10G SFP+ Port 的SFI眼图全部符合设计要求，预加重最优为等级5。以下图例：

图1为眼图不好的情况，jitter较大，有数据落在MASK内

图2为调节预加重后，眼图得到改善。

Figure10

Figure11

3 XFI

3.1 XFI标准

SFF_INF_8077i中定义了XFI的电气特性和测试方法。

3.2 电气特性

同样，在SFF_INF_8077i标准中对XFI也定义了以下三种模型：

① Host System

② ASIC/SerDes

③ Module

对应的定义了以下测试点：

Figure12---

A: SerDes transmitter output at ASIC/SerDes package pin on a DUT board

B: Host system SerDes output across the host board and connector at the Host Compliance

Test Card

B’: XFP transmitter input across the Module Compliance Test Board

C: Host system input at the Host Compliance Test Card input

C’: XFP module output across the Module Compliance Test Board

D: ASIC/SerDes input package pin on the DUT board

而在我们的实际设计应用中，参考模型为：

对应的SEPC要求如下：

Figure 13--- XFI ASIC/SerDes Receiver Input Jitter Specifications at D

模型二：Host System（QSFP+ Module）

对应的SEPC要求如下：

Figure 14--- XFI Host Transmitter Output Jitter Specifications at B 3.3 测量仪器

a) XFI 测试制具1（ASIC/SerDes 模型）

Figure15

b)XFI测试制具2（Host System模型）

Figure16

C) 10G示波器及采用模块80E04

d）时钟恢复模块CR125A

3.4 测试方法

XFI的测试过程与SFI类似，只是测试制具略有不同，预加重控制寄存器不同，测试命令不同。另外，对于ASIC/SerDes模式，分别在MAC和PHY的输入端测试，需要将差分线路上的AC-coupling cap负载一端断开并作为测试点。对于Host System与SFI测试方式一样。 3.4.1 测试环境搭建

Figure17 测试环境图

3.4.2 启动DUT

3.4.3 选择BCM#模式

3.4.4 发送PRBS码

3.4.5 调节预加重参数

同样，芯片厂商也提供MAC端32个预加重等级和PHY端16个预加重等级，如下

Figure18---MAC 预加重等级

Figure19---PHY预加重等级

3.4.6保存测试结果

3.5 测试命令

3.5.1 MAC_TX TEST

Dxs-3600>

Dxs-3600>DLkg

Debug#bcm

Bcm# ---进入bcm模式

Bcm# phy raw c45 4 1 0xffff 0 ---打开MDC/MDIO访问SFI寄存器

Bcm# phy raw c45 4 1 0xcd14 0x4284 ---发送PRBS15

Bcm# phy int xe0 0x1f 0x82e0

Bcm# phy int xe0 0x12 0xA370 ---调节预加重参数为等级8

3.5.2 PHY_TX TEST

Dxs-3600>

Dxs-3600>DLkg

Debug#bcm

Bcm# ---进入bcm模式

Bcm# phy raw c45 4 1 0xffff 0 ---打开MDC/MDIO访问SFI寄存器

Bcm# phy raw c45 4 1 0xcd14 0x4284 ---发送PRBS15

Bcm# phy raw c45 4 1 0xc90b 0xD000

Bcm# phy raw c45 4 1 0xc90c 0x1020---调节预加重参数为等级2 3.6.测试结果

以下为测试结果图例：

图一：ASIC/SerDes 模型 MAC_TX TEST

图二：ASIC/SerDes模型 PHY_TX TEST

图三：Host System模型 MAC_TX TEST

Figure20

Figure 21

Figure 22

4 KR

10G-KR在我们的设计应用于stacking port，带宽为120G，使用CXP Module，0.5m的无源cable。

所以KR在实际应用时，信号路径比较长，并在module处无驱动源，如下图：

Figure 23实际设计应用图

所以这种情况下，即便调节发送端芯片预加重，但在接收端的眼图仍然是闭合的，使得我们无法用眼图去验证我们设计的正确性。

Figure 24--- KR接收端眼图

但因为芯片接收端采用了均衡技术，系统才可以正常工作。所以我们要采用另外的方法去验证设计的正确性。

芯片厂商Boardcom提供一种验证BER（Bit Error Rate）的测试方法，BER是最基本的link质量验证方法，而PRBS测试可以有效评估BER验证，PRBS的测试没有标准判定pass/fail，只能是一个参考，当然error bit越小越好，margin越大越好。

以下节选自 Broadcom Warpcore Debugging Guide：

4.1 测试方法

The general steps in configuring the device for PRBS testing are as follows:

1. Force the speed.

2. Disable the encoding/decoding.

3. Select the PRBS polynomial: 7th, 15th, 23rd, 31st order.

4. Enable the PRBS generator and monitor.

5. Let the test run for the duration based on the desired BER.

6. Check the status.

4.2 测试命令

------ 40G-CR4 BER test ------

SDK version: SDK-5.10.1

BCM.0> a

BCM.0>

BCM.0> ps xe24-xe29