這是關于如何實現PCIe Gen3/Gen4接收端鏈路均衡測試的系列介紹，小泰將分別從理論篇到實踐篇，為您講述PCIe 3.0/4.0的鏈路均衡的工作原理及對鏈路均衡的測試和調試。

本期為理論篇，主要介紹PCIe 3.0&4.0的鏈路均衡，包括：

1）發送端的均衡: FFE

2）接收端的均衡: CTLE和DFE

3）鏈路均衡過程

PCIe接口自從被推出以來，已經成為了PC和Server上重要的接口。為了更高了數據吞吐率，PCI-SIG組織于2010年推出了PCIe 3.0，數據速率達到了8GT/s；于2017年推出了PCIe 4.0，數據速率達到了16GT/s。PCIe 3.0已經是PC上的標配接口；而PCIe 4.0目前仍處于Server上，在PC上也在開始普及。

*，PCIe 1.0和2.0使用的是普通的FR4板材和廉價的接插件。為了實現在這樣的物理介質上進行有效的信號傳輸，PCI-SIG組織使用了8b/10b編碼和發送端的去加重技術，來保證信號質量：

• 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，也是為固定值，無法動態調整。

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板材以及廉價的接插件。

PCI-SIG組織對規范做了兩方面的改進：

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

• 使用動態均衡技術，來代替先前代的靜態均衡技術；

通過這兩方面的改進，PCI-SIG組織實現了在速率翻倍的同時，仍能保持使用普通的FR4板材和廉價接插件。本應用筆記就聚焦于PCIe 3.0和4.0中的動態均衡技術，介紹其原理、實現及其相關的一致性測試。這樣一種動態均衡技術，在spec中被稱作“Link Equalization”（鏈路均衡，簡稱為LEQ）。

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本系列包含理論篇和實踐篇兩個部分

理論篇主要介紹PCIe 3.0/4.0的鏈路均衡的工作原理。實踐篇則側重于對鏈路均衡的測試和調試。

PCIe 3.0&4.0的鏈路均衡

在PCIe 3.0和4.0中的鏈路均衡技術相較于先前代要復雜得多，這樣一種動態均衡技術可以分為兩個方面進行討論：

• 均衡特性方面：從這個方面來說，相對于先前代的均衡來說，3.0和4.0中的均衡技術的硬件性能指標要求更高了。在本應用筆記中，2.1節和2.2節討論它的技術細節。

• 協議方面：為了實現動態地調整均衡設置，需要協議層的配合，這是通過PHY層的LTSSM狀態機中的Recovery.Equalization子狀態來實現的。在本應用筆記中，2.3節討論它的技術細節。

我們先來從均衡特性的角度來看看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，在Tx端有FFE（Feed Forward Equalizer，前饋均衡器）；在Rx端有:CTLE（Continuous Time Linear Equalizer，連續時間線性均衡器）和DFE（Decision Feedback Equalizer，判決反饋均衡器）。

圖1. LEQ硬件實現的模塊框圖

通過FFE和CTLE，可以去除大部分由ISI所引入的抖動；通過DFE可以進一步去除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。

除了上述這些均衡特性上的支持外，在協議層（LTSSM）中還規定需要通過協議的方式來動態調整鏈路上的均衡設定值，這整個過程稱作鏈路均衡（Link Equalization，LEQ）。

在鏈路均衡過程中：

• 本地端按照某個初始Tx EQ的設定來發送數據；

• 對端在接收到數據時，會根據誤碼率或信號質量來判斷該Tx EQ是否合適；

• 若不合適，對端會通過協議向本地端請求一個新的Tx EQ值；

• 本地端在接收到這個請求值之后，會改變Tx EQ的值。

通過這一動態過程，就能夠保證鏈路上的Tx EQ為優值。與此同時，本地端和對端也會同時調整Rx EQ。通過動態地調整Tx EQ和Rx EQ，就能夠靈活地適應不同的信道情況。