在高速信號調試時工程師必須首先調試并驗證其設計是否符合物理層規范。在此階段，信號完整性(如眼圖和抖動)是關鍵問題，很多這種驗證和調試是通過使用偽隨機碼序列(PRBS)或循環測試碼，并結合示波器及示波器廠家提供的串行數據眼圖和抖動分析軟件來完成的。
在確保物理層信號質量沒有問題后，串行信號從測試碼變為8b/10b編碼字符序列，此時系統級問題成為調試的重點，問題可能會出現在物理層-鏈路層域(涉及信號完整性和數據完整性的交叉領域)。這時，就需要對物理層信號實現解碼分析。
對于現代的高速串行系統，系統之間的協調工作顯得更為突出，協議間的任何沖突也會導致整個系統出現問題，因此分析物理層和鏈路層往往還是不夠的，還必須要對系統的協議層進行分析，這時往往需要用到專用的協議分析儀。本文將為大家重點介紹力科示波器針對高速串行信號物理層、鏈路層和協議層的解決方案。
高速信號的傳輸過程分析
為了確保較好的信號傳輸質量，高速串行數據信號在傳輸之前往往需要進行相應的編碼處理，如下圖1所示即為串行信號簡單的傳輸過程，在發送端信號先進行Scrambler和8b/10b編碼處理，處理后的信號經過傳輸鏈路傳輸后進入接收端后還需要進行10b/8b和Scrambler的解碼處理。我們觀察信號都需要在傳輸鏈路上進行觀察，因此觀察到的是編碼后的加擾信號和10b信號。
圖1 串行信號簡單的傳輸過程
8b/10b編碼是當前大部分高速串行信號都使用的一個非常通用的編碼方式。如SATA、PCIE GEN1/2均使用8b/10b編碼方式。使用8b/10b編碼可以確保電路的DC平衡(使得0電平和1電平的密度保持平衡)，這樣系統可以更加準確的從數據中恢復出理想時鐘，也可以有效的減小碼間干擾抖動，盡可能的減小系統出錯的概率。另外，通常8位代表一個數據位，如果所有位都用來表示數據，那么將沒有多余的位來進行碼型的同步，因此8b/10b編碼的另外一個好處是可以提供多余的位來作為同步碼，如常見的K28.5、K28.3等碼型。圖2為一個8b/10b的示例：
圖2 8b/10b解碼
數據的比特位從8位增加到了10位，原數據位中出現較少的電平特性經過編碼后得到了增加。
圖3為對信號傳輸鏈路上采集到的信號的解碼過程。使用示波器可以直接觀察到圖3最上端的物理層波形，如果要觀察到10b解碼信息和Scramble解碼信息，則需要使用示波器廠家提供的專用的高速串行信號解碼分析軟件。
圖3 串行信號解碼示例
進一步進行解析，即可得到協議層的信息，如圖4所示。
圖4 串行數據的協議層信息
全方位測試解決方案
物理層測試分析 (1) 高達45GHZ帶寬的實時串行數據分析儀(實時示波器)、120GS/S的采樣率、768MS的可分析存儲深度，不僅適合于目前所有串行數據的標準，也提前為下一代高速串行數據標準的測試解決方案提供了充分的帶寬和采樣率的保證。
(2) SDAII專業信號完整性分析軟件包，長存儲數據眼圖測試速度極快(20M的數據做眼圖分析只需要1-2秒)，且提供了Spectrum和NQ-Scale兩種抖動算法，其中NQ-Scale算法是力科專有的專利算法，可實現將隱藏在隨機抖動中的固有抖動剝離出來，這類抖動往往由于高次諧波、長偽隨機碼引起的串擾而引起，業界其它算法通常都會將這類抖動當作隨機抖動來處理。SDAII為工程師提供了非常強大的高速串行信號的調試功能。
(3) Qualify一致性測試軟件包，可以實現對高速串行信號的物理層特性是否符合規范要求的一致性測試，自動出具多種格式的報告，一鍵完成全部。
(4) EyedoctorII專業信號完整性分析軟件可實現通道仿真、夾具去嵌、預加重、均衡、虛擬探測等高速信號的全系列分析功能。
鏈路層和協議層分析 (1) 基于實時示波器的力科專業解碼分析軟件包。如圖5所示，示波器解碼出的信息能夠以不同顏色區分不同的碼型，數據位和命令位一目了然，界面顯示非常清晰。解碼信息不僅以數據的方式顯示，還以列表的方式顯示，方便查找。支持常用的8B/10B、SATA、SAS、PCIE、XAUI等高速串行信號的解碼，還支持最新的USB3.0的解碼。解碼信息可以輸出為CSV文件，以供離線分析。可同時進行四路信號的解碼分析。
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圖5 力科示波器解碼示例
(2) 基于實時數字示波器的力科專用協議層分析軟件包。由于力科擁有針對高速信號的協議分析儀產品，其協議分析軟件具有強大的協議分析、糾錯能力，因此為了讓廣大工程師在進行物理層測試的同時也能夠觀察到協議層的相關信息，力科專門開發了針對力科高端示波器的協議分析功能，通過此功能可以實現將示波器與協議分析儀軟件進行同步，并將示波器采集到的信號送入到協議分析軟件中即可實現對串行信號的協議分析。
具體實現方法，是在力科示波器中安裝軟件ProtoSync以及相應的串行信號的解碼軟件如PCIE_D,USB3_D,USB2_D，然后再在示波器中安裝力科協議分析儀的分析軟件，即可實現對高速串行數據的協議分析。圖6所示為力科示波器對PCIE信號的協議層分析結果：
圖6 力科示波器對PCIE信號的協議層分析結果
小結
本文簡要介紹了力科示波器的高速串行數據提供的測試解決方案及其特點，尤其是其融入協議分析軟件，使得示波器的功能更加全面，不僅可以對物理層信號進行深入的分析，而且還可以對串行信號的更深層面的協議層也展開分析，這就為廣大工程師對高速串行信號的調試提供了更加全面、更加快捷的測試解決方案。