测试云计算硬件平台测试方案

云计算硬件平台测试方案

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1.目录

1 . 目录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

2. 前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

3. PCI-E3.0简介及信号和协议测试方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

PCI-E3.0简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

PCI-E3.0发送及接收端的变化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

PCI-E3.0发送端信号质量测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

PCI-E3.0接收端容限测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

PCI-E3.0的协议分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

PCI-E3.0的协议一致性和可靠性测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4. SATA信号和协议测试方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

SATA总线简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

SATA发送信号质量测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

SATA接收容限测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

SATA-Express的测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

5. SAS 12G总线测试建议. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

SAS总线概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

SAS的测试项目和测试码型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

SAS发送端信号质量测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

SAS接收机抖动容限测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

SAS互连阻抗及回波损耗测试方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

SAS总体测试方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

6. DDR3/4信号和协议测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

DDR简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

DDR信号的仿真验证. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

DDR信号的读写分离. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

DDR的信号探测技术. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

DDR的信号测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

DDR的协议测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

7. 10G以太网简介及信号测试方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

以太网技术简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

10GBASE-T/MGBase-T的测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

XAUI和10GBASE-CX4测试方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

SFP+/10GBase-KR接口及测试方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

8. 100G背板性能的验证. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

高速背板的演进. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

100G背板的测试项目. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

背板的插入损耗、 回波损耗、阻抗、 串扰的测试. . . . . . . . . . . . .75背板传输眼图和误码率测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

发送端信号质量的测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

100G背板测试方案总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85

9. CEI 28G-VSR电接口测试解决方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

CEI测试背景和需求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

测试点及测试夹具要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

输出端信号质量测试原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

基于86100D的输出端信号质量测试方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94

输入端压力容限测试原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

基于M8020A误码仪的接收端压力容限测试方案. . . . . . . . . . 100

10. 100G光收发模块测试方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

100G光收发模块的测试挑战. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

发送端信号质量及并行眼图测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106

阻抗及S参数测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

误码及串扰测试方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114

压力眼及抖动容限测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117

相关仪表的特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119

11 . Infiniband FDR有源光缆串扰测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

有源光缆测试点及指标参数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

测试设备要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125

测试夹具要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127

测试解决方案及主要仪表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

附录1 .56G-IB-FDR有源光缆输入信号指标. . . . . . . . . . . . . . . . .131

附录2.56G-IB-FDR有源光缆输出信号指标. . . . . . . . . . . . . . . . .132

12. 100G+相干光通信测试方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

相干通信市场及背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

相干光通信测试方案组成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

光调制分析仪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

M8195A任意波发生器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141

辅助仪表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145

13. 无源光器件测试平台. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

测试平台组成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

平台各仪表功能介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

测试平台各仪表主要参数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148

14. 4G基站CPRI接口时延抖动测试方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150

4G时代基站组网方式的变化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150

CPRI接口时延抖动的测试方法研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152

测试组网. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153

时延测试步骤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155

抖动测试步骤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157

测试结果分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

测试方案优缺点分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161

15. 高速电路电源完整性测试方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

电源完整性测试的必要性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

电源完整性软件仿真分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163

DC-DC电源模块输出阻抗测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165

电源分配网络PDN阻抗测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166

DC-DC电源模块反馈环路的特征测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169

精确电源纹波与开关噪声测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174

开关电源性能及功率的测试分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178

电源系统抗干扰能力的测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182

2.前言

随着云计算时代的到来和4G移动通信的推进海量的数据被产生出来并需要进行高速的传输这给服务器、通信、基站厂商都面临巨大的挑战。

为了支持分布式计算需要的更快的数据处理能力和更高的数据交换速度路由器、交换机、基站、传输网的数据交换能力需要得到百倍以上的倍增 因此开始大量采用10G、40G的数据接口进行数据交互而100G甚至400G的传输接口也开始出现。这些高速接口的设计、测试和验证需要非常多的资金投入给从事相关设备的开发、设计、测试人员带来极大的挑战兼容性问题和验证需求爆发式增长。

本测试文集整理自是德科技工程师撰写的应用文章主要侧重于目前热门的高速数字及光接口的技术发展及具体测试方案供从事相关领域研发和测试的工程技术人员做参考和借鉴。

由于技术标准和测试仪器更新很快本文只能就目前相关领域的最新技术做跟踪和论述未来随着技术的发展文中所提到的技术和测试方案有可能会随之变化会在未来版本中做相应更新。

3.PCI-E 3.0简介及信号和协议测试方法

PCI-E标准自从推出以来 1代和2代标准已经在PC和Server上逐渐普及用于满足高速显卡、高速存储设备对于高速数据传输的要求。 出于支持更高总线数据吞吐率的目的 PCI-SIG组织在2010年制定了PCI-E3.0 即PCI-E3代的规范数据速率达到8Gbps。 目前 PCI-E 3.0已经出现在一些高端的Server上而在普通PC上的应用也是指日可待。

那么PCI-E3.0总线究竟有什么特点对于其测试有什么特殊的地方呢我们这里就来探讨一下。

PCI-E 3.0简介

制定PCI-E 3代规范的目的主要是要在现有的廉价的FR4板材和接插件的基础上提供比PCI-E2代高一倍的有效数据传输速率 同时保持和原有1代、 2代设备的兼容。别看这是个简单的目的但实现起来可不容易。

我们知道 PCI-E 2代在每对差分线上的数据传输速率是5Gbps相对于1代数据速率的两倍而PCI-E3代要相对于2代把速率也提高一倍理所当然的是把数据传输速率提高到10Gbps。但是就是这个10Gbps带来了很大的问题 因为PC和Server上出于成本的考虑普遍使用便宜的FR4的PCB板材以及廉价的接插件如果不更换板材和接插件很难保证10Gbps的信号还能在原来的信号路径上可靠地传输很远的距离典型距离是1530cm。因此PCI-SIG最终决定把PCI-E 3代的数据传输速率定在8Gbps。但是8Gbps比着2代的5Gbps并没有高一倍所以PCI-E协会决定在3代标准中把在1代和2代中使用的8b/10b编码去掉。

我们知道在PCI-E 1代和2代中为了保证数据的传输密度、直流平衡以及内嵌时钟的目的会把8bit数据会编码成10bit数据传输。因此 5Gbps的实际有效数据传输速率是5Gbps×8b/10b4Gbps。这样如果在PCI-E 3代中如果不使用8b/10b编码其有效数据传输速率就能比2代的4Gbps提高1倍。但是这样问题又来了数据如果不经编码传输很难保证数据传输密度和直流平衡接收端的时钟恢复电路也很容易失锁。为了解决

这个问题 PCI-E3代里面采用了扰码的方法 即数据传输前先和一个多项式进行异或这样传输链路上的数据就看起来就比较有随机性到了接收端再用相同的多项式把数据恢复出来。

通过上述方法 PCI-E 3代就可以用8Gbps的传输速率实现比2代的5Gbps高1倍的数据传输速率。实际应用中PCI-E3代的总线上也仍然有数据编码不过采用的是128b/130b的编码编码效率很高 由此损失的总线有效带宽比8b/10b编码小多了。PCI-E 3.0发送及接收端的变化

但是问题远没有结束 即使数据速率只有8Gbps要在原有的廉价PCB和接插件上实现可靠传输也还要解决一些新的问题。其中最大的问题是信号的损耗 FR4板材对信号高频成分有很大衰减而信号速率越高其高频成分越多所以衰减也就更厉害。下图是不同速率的信号经过10英寸的FR4板材的PCB传输以后信号的眼图我们可以看到8Gbps的信号在接收端基本上看不到眼图了更不要说进行有效的数据接收。

为了解决这个问题在PCI-E的1代和2代中使用了去加重De-emphasis技术即信号的发射端TX在发送信号时对跳变bit 代表信号中的高频成分加大幅度发送这样可以部分补偿一下传输线路对高频成分的衰减从而得到比较好的眼图。 PCI-E1代中采用了-3.5db的去加重 PCI-E 2代中采用了-3.5db和-6db的去加重。而对于3代来说 由于信号速率更高需要采用更加复杂的去加重技术 因此除了跳变bit比非跳变bit幅度增大发送以外在跳变bit的前1个bit也要增大幅度发送这个增大的幅度通常叫做Preshoot。下图是PCI-E 3代中采用的预加重技术对波形的影响的例子参考资料 PCI