這是關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測(cè)試的系列介紹，小泰將分別從理論篇到實(shí)踐篇，為您講述PCIe 3.0/4.0的鏈路均衡的工作原理及對(duì)鏈路均衡的測(cè)試和調(diào)試。

本期為理論篇，主要介紹PCIe 3.0&4.0的鏈路均衡，包括：

1）發(fā)送端的均衡: FFE

2）接收端的均衡: CTLE和DFE

3）鏈路均衡過(guò)程

PCIe接口自從被推出以來(lái)，已經(jīng)成為了PC和Server上重要的接口。為了更高了數(shù)據(jù)吞吐率，PCI-SIG組織于2010年推出了PCIe 3.0，數(shù)據(jù)速率達(dá)到了8GT/s；于2017年推出了PCIe 4.0，數(shù)據(jù)速率達(dá)到了16GT/s。PCIe 3.0已經(jīng)是PC上的標(biāo)配接口；而PCIe 4.0目前仍處于Server上，在PC上也在開(kāi)始普及。

*，PCIe 1.0和2.0使用的是普通的FR4板材和廉價(jià)的接插件。為了實(shí)現(xiàn)在這樣的物理介質(zhì)上進(jìn)行有效的信號(hào)傳輸，PCI-SIG組織使用了8b/10b編碼和發(fā)送端的去加重技術(shù)，來(lái)保證信號(hào)質(zhì)量：

• 在PCIe 1.0中,去加重值為固定值3.5dB；

• 在PCI 2.0中,去加重值為3.5dB或6.0dB中的任何一個(gè)，也是為固定值，無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)整。

但是隨著速率的翻倍，為了在PCIe 3.0和4.0中仍然使用普通的FR4板材以及廉價(jià)的接插件。

PCI-SIG組織對(duì)規(guī)范做了兩方面的改進(jìn)：

• 使用128b/130b編碼來(lái)代替8b/10b編碼，使得編碼效率大幅提高；

• 使用動(dòng)態(tài)均衡技術(shù)，來(lái)代替先前代的靜態(tài)均衡技術(shù)；

通過(guò)這兩方面的改進(jìn)，PCI-SIG組織實(shí)現(xiàn)了在速率翻倍的同時(shí)，仍能保持使用普通的FR4板材和廉價(jià)接插件。本應(yīng)用筆記就聚焦于PCIe 3.0和4.0中的動(dòng)態(tài)均衡技術(shù)，介紹其原理、實(shí)現(xiàn)及其相關(guān)的一致性測(cè)試。這樣一種動(dòng)態(tài)均衡技術(shù)，在spec中被稱作“Link Equalization”（鏈路均衡，簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)EQ）。

▼ ▼ ▼

本系列包含理論篇和實(shí)踐篇兩個(gè)部分

理論篇主要介紹PCIe 3.0/4.0的鏈路均衡的工作原理。實(shí)踐篇?jiǎng)t側(cè)重于對(duì)鏈路均衡的測(cè)試和調(diào)試。

PCIe 3.0&4.0的鏈路均衡

在PCIe 3.0和4.0中的鏈路均衡技術(shù)相較于先前代要復(fù)雜得多，這樣一種動(dòng)態(tài)均衡技術(shù)可以分為兩個(gè)方面進(jìn)行討論：

• 均衡特性方面：從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，相對(duì)于先前代的均衡來(lái)說(shuō)，3.0和4.0中的均衡技術(shù)的硬件性能指標(biāo)要求更高了。在本應(yīng)用筆記中，2.1節(jié)和2.2節(jié)討論它的技術(shù)細(xì)節(jié)。

• 協(xié)議方面：為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地調(diào)整均衡設(shè)置，需要協(xié)議層的配合，這是通過(guò)PHY層的LTSSM狀態(tài)機(jī)中的Recovery.Equalization子狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在本應(yīng)用筆記中，2.3節(jié)討論它的技術(shù)細(xì)節(jié)。

我們先來(lái)從均衡特性的角度來(lái)看看PCIe 3.0和4.0的均衡，如下圖1展示了在PCIe 3.0/4.0中所使用的全部均衡技術(shù)，在Tx端有FFE（Feed Forward Equalizer，前饋均衡器）；在Rx端有:CTLE（Continuous Time Linear Equalizer，連續(xù)時(shí)間線性均衡器）和DFE（Decision Feedback Equalizer，判決反饋均衡器）。

圖1. LEQ硬件實(shí)現(xiàn)的模塊框圖

通過(guò)FFE和CTLE，可以去除大部分由ISI所引入的抖動(dòng)；通過(guò)DFE可以進(jìn)一步去除ISI，它還能去除部分的阻抗失配所造成的反射。通過(guò)這些均衡處理，就能夠保證在接收端判決輸入處將眼圖打開(kāi)。

除了上述這些均衡特性上的支持外，在協(xié)議層（LTSSM）中還規(guī)定需要通過(guò)協(xié)議的方式來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整鏈路上的均衡設(shè)定值，這整個(gè)過(guò)程稱作鏈路均衡（Link Equalization，LEQ）。

在鏈路均衡過(guò)程中：

• 本地端按照某個(gè)初始Tx EQ的設(shè)定來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)；

• 對(duì)端在接收到數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)根據(jù)誤碼率或信號(hào)質(zhì)量來(lái)判斷該Tx EQ是否合適；

• 若不合適，對(duì)端會(huì)通過(guò)協(xié)議向本地端請(qǐng)求一個(gè)新的Tx EQ值；

• 本地端在接收到這個(gè)請(qǐng)求值之后，會(huì)改變Tx EQ的值。

通過(guò)這一動(dòng)態(tài)過(guò)程，就能夠保證鏈路上的Tx EQ為優(yōu)值。與此同時(shí)，本地端和對(duì)端也會(huì)同時(shí)調(diào)整Rx EQ。通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)整Tx EQ和Rx EQ，就能夠靈活地適應(yīng)不同的信道情況。