PCIe 5.0 und 6.0 Automatisierte Konformitätsprüfung von Kabeln und Steckverbindern

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Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

dataTec AG

Für einen präzisen und zugleich schnellen Konformitätstest von PCIe 5.0 und 6.0 hat Rohde & Schwarz eine spezielle Option für seine Netzwerkanalysatoren entwickelt. Sie entspricht der PCI-SIG-Spezifikation.

Die PCI-SIG-Spezifikationen dienen der präzisen Konformitätsprüfung von Kabeln und Steckverbindern für PCIe 5.0 und 6.0. Die Messtechnik-Experten von Rohde & Schwarz haben diesen Prozess mit einer Option für ihre Netzwerkanalysatoren automatisiert. Die Option R&S ZNrun-K440 ist für den automatischen Konformitätstest von internen und externen Kabeln und Steckverbindern nach PCIe 5.0 und 6.0 gemäß PCI-SIG-Spezifikation konzipiert.

Der Messaufbau basiert auf dem Netzwerkanalysator R&S ZNB26 oder R&S ZNB43 mit vier Messtoren in Kombination mit mehreren Open Switch and Control Platforms R&S OSP320. Diese sind abhängig von der Anzahl der zu verifizierenden Lanes des Prüflings, um mehrere Vier-Tor-Messungen zu ermöglichen. Der Prüfling selbst muss nicht umgesteckt und die anderen Lanes müssen nicht mehrfach terminiert werden.

Beispielsweise enthält ein PCIe-x8-Kabel insgesamt 16 Lanes und benötigt damit 64 Messtore, die von drei R&S OSP320 bereitgestellt werden, während für ein PCIe-x4-Kabel 32 Messtore und damit zwei R&S OSP320 ausreichen.

Automatisierte Messung und der Testbericht

Der R&S ZNrun-K440 automatisiert alle Messungen nach PCIe-Spezifikation. Die Nachbearbeitung der definierten PCIe-Metriken ist ebenfalls abgedeckt. Über einen Testkonfigurator können Testelemente für einzelne Lanes an- und abgewählt werden.

Nach Abschluss der automatisierten Messung wird ein Testbericht mit Pass/Fail-Urteil generiert. Die Automatisierung schließt ein neues Kalibrierverfahren ein, das die Anzahl der erforderlichen Kalibrierschritte und Kalibrierverbindungen deutlich reduziert. Sie umfasst auch das Deembedding der Testaufnahme, wie es in den PCIe-Testspezifikationen gefordert wird.

Übertragungsraten verdoppeln sich mit jeder Version

Mit jeder neuen Version in der PCIe-Entwicklungsgeschichte wurde die Übertragungsrate verdoppelt, um den immer höheren Geschwindigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Rechenzentren auf der ganzen Welt beginnen nun, die neuesten Versionen der PCIe-5.0- und -6.0-Kabel zu verwenden, um ihre Hochgeschwindigkeits-Speicher miteinander zu verbinden.

Auch die Kabelhersteller fahren ihre Produktion hoch, um ihren Kunden die ersten PCIe 5.0 und 6.0 Kabel liefern zu können. Sowohl in der F&E als auch in der Produktion sind umfangreiche Tests notwendig, um die Einhaltung der definierten PCIe-Anforderungen und die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems sicherzustellen.

Eine PCIe-Verbindung besteht aus 1, 2, 4, 8 oder 16 Lane-Paaren, wobei jedes Lane-Paar aus einer differentiellen Tx- und einer differentiellen Rx-Lane besteht. Mit 8 Lane-Paaren in einer x8-Konfiguration erreicht PCIe 6.0 Übertragungsraten von bis zu 64 GBit/s. Die manuelle Überprüfung der Konformität dieser Hochgeschwindigkeitsverbindung ist jedoch sehr arbeitsintensiv und fehleranfällig. In diesem Fall müssen insgesamt 256 Vier-Tor-Messungen ausgeführt werden, um alle Thru-Verbindungen und alle Nah- und Fernnebenstrecken im Kabel zu testen.

Worauf die Pass/Fail-Urteile beruhen

Mit einem herkömmlichen Vier-Tor-Vektor-Netzwerkanalysator muss der VNA für jede Vier-Tor-Messung neu angeschlossen werden, während die nicht gemessenen Lanes korrekt terminiert werden müssen. Die neue automatisierte Lösung von Rohde & Schwarz vereinfacht diesen Prozess drastisch.

Da bestimmte Überschreitungen der Grenzwertmaske für das Gesamtverhalten des PCIe-5.0/6.0-Systems unkritisch sind, basieren die Pass/Fail-Urteile auf Metriken wie Integrated Return Loss (iRL) und Component Contribution Integrated Crosstalk Noise (ccICN). Sie sind in der PCI-SIG-Spezifikation definiert und müssen aus den entsprechenden S-Parameter-Ergebnissen berechnet werden, was einen erheblichen Nachverarbeitungsaufwand bedingt. Die Kalibrierung sowie die Charakterisierung der Testaufnahme und das De-embedding stellen zusätzliche Herausforderungen für den Testingenieur dar.

Aufgrund ihrer Bedeutung für das PCIe-System arbeitet die PCI-SIG an der Definition standardisierter Kabel für interne (innerhalb eines Gehäuses) und externe (zwischen Gehäusen) Anwendungen. Dazu gehören auch die entsprechenden elektrischen Anforderungen für gepaarte Kabelkonfektionen (Mated Cable Assemblies) und gepaarte Kabelstecker (Mated Cable Connectors) für 32 GT/s und 64 GT/s. Die Option R&S ZNrun-K440 wird auch diese Aspekte des PCIe-Tests abdecken, sobald sie standardisiert sind.

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