如何配置RF开关？PCIe Gen5多通道自动化测试解决方案

当你面对PCIe Gen5设备多达16个通道的测试需求，却不得不在不同通道间手动切换同轴电缆时，那种效率低下和测试一致性难以保证的困扰确实令人头疼。借助RF开关矩阵，配合自动化测试软件，能够实现多通道测试的自动连接切换，显著提升测试效率和结果一致性，同时降低了人工操作出错的概率。

一、RF开关的重要性与选型

在PCIe Gen5自动化多通道测试中，RF开关矩阵是实现自动化的核心硬件。它允许测试系统在多个通道之间自动切换物理连接，无需工程师手动插拔电缆。

选择合适的RF开关至关重要。对于PCIe Gen5（32 GT/s）测试，需要支持至少40GHz的射频开关。Mini-Circuits的ZTM2-8SP6T-40和ZT-8SP6T-40是两种常见选择，它们都提供8个40GHz终端的SP6T机械开关，*多可支持18条通道（PCIe*大通常为x16）。

电气特性考量不容忽视。RF开关会引入插入损耗和反射，必须尽量减少其对测试结果的影响。建议选择在输入和输出端保持50欧姆（100欧姆差分）连接的开关，以*小化通道内的反射。

机械结构差异影响测试精度。ZT-8SP6T-40 4U/5U开关矩阵的组件布局保持了所有输入和输出之间相似的电气路径长度，这对多通道Rx测试特别有利，可以减少校准与测试之间的路径差异。

扩展性与兼容性也需要考虑。这些开关配置不仅支持x16测试，也可支持更低的通道数，如x1、x4、x8等，提供了良好的灵活性。

二、测试系统搭建与连接

搭建PCIe Gen5多通道测试系统需要精心的连接设计。系统主机测试配置需要将符合性负载板（CLB）插入DUT的CEM连接器，并通过电缆将每条通道连接到RF开关。插件卡配置类似，但DUT插入符合性基板（CBB）。

电缆选择与长度匹配很关键。建议在DUT和RF开关之间使用1米长的2.92mm电缆（如Tektronix PN: PMCABLE1M），在RF开关与示波器输入之间使用较短的0.5米长的2.92mm电缆（如Tektronix PN: 174-6663-01）。

继电器串联限制需特别注意。进行32 GT/s Tx测试时，不建议串联超过两个继电器，因为这会引入插入损耗，影响测试精度。

相位匹配要求确保信号完整性。所有通道中的电缆、继电器和PCB应在正负信号路径之间保持±1ps的匹配，这是高速信号测试的基本要求。

测试夹具表征必不可少。应对包括RF开关在内的测试夹具进行表征（如PCIe 5.0 PHY测试规范附录B中所述），以确保测试结果符合规范要求。

连接组件	推荐型号	技术要求	注意事项
DUT到开关电缆	Tektronix PMCABLE1M	1米长，2.92mm接口	保证相位匹配
开关到示波器电缆	Tektronix 174-6663-01	0.5米长，2.92mm接口	尽量缩短长度
RF开关矩阵	Mini-Circuits ZT-8SP6T-40	40GHz，SP6T机械开关	避免串联超过两个继电器
相位匹配	自定义电缆组	±1ps匹配精度	正负信号路径间
测试夹具	符合PCIe 5.0规范	包括RF开关表征	参考附录B

三、Tx测试配置与优化

发射端（Tx）测试需要特别的配置策略。多通道Tx验证是主要目标。PCIe Gen5设备在多通道端口上可能表现出不同的发射器性能，需要验证所有通道以全面表征链路，识别硅片性能问题、过度近端或远端串扰或布局缺陷。

自动化信号生成提**率。像任意波形发生器（AFG）这样的仪器允许自动化100MHz突发信号的生成，使DUT在不同的发射器测量中切换到各种数据速率和模式。

时延校正确保同步。可以使用示波器的差分快速边沿信号，通过TekExpress软件自动执行通道间的时延校正（deskew），保证各通道测试的同步性。

信号质量测试需要特殊处理。32 GT/s信号质量测试不需要物理的可变ISI板（Gen4测试所需），因此需要在示波器上嵌入附加的通道和封装损耗。

滤波文件选择影响测试结果。应选择一个较低损耗的滤波文件，以实现*坏情况下的插件卡损耗（在测试系统主机时）或*坏情况下的系统损耗（在测试插件卡时）。

四、Rx测试校准与执行

接收端（Rx）测试更为复杂，需要精细的校准过程。应力眼图信号是Rx测试的基础。PCIe Gen5设备的接收端通过一个精细校准的应力眼图信号进行测试，这种"*坏情况"信号是在参考平面（无通道）以及所需的"*坏情况"通道（34 dB至37 dB @ 16 GHz之间）下，通过多步校准建立的。

TP3校准不包括RF开关。校准振幅、发送端均衡、随机抖动和正弦抖动在TP3测试点需要在Anritsu MP1900A BERT PPG与Tektronix 50 GHz示波器之间进行直接连接，此步骤中不包括RF开关，因为RF开关会引入一些电气通道长度差异。

TP2校准加入RF开关。在TP2校准中加入RF开关，开关位于测试夹具（基础或CEM）之后。工程师需要决定是仅进行单次TP2校准（推荐用于ZT-8SP6T-40 4U/5U），还是进行两次或更多TP2校准（建议考虑ZTM2-8SP6T-40不同电气路径长度的影响）。

多通道Rx测试需要两个RF开关矩阵。使用经过校准的应力眼图信号对32 GT/s的多通道接收端进行测试时，需要使用两个RF开关矩阵。当链路为x8或更低通道数时，可以考虑使用单个RF开关矩阵。

环回模式测试设备设置。设备将处于环回模式，因此数字化信号将通过Tx引脚传输回来，并通过开关切换回BERT的误码检测器的单一输入。

五、自动化控制实现

实现全自动化测试需要有效的控制方案。TekExpress软件提供内置支持。TekExpress TX自动化软件提供了内置的对Mini-Circuits开关矩阵在自动化TX测试中的控制功能，简化了集成过程。

两种通信方式可选。与Mini-Circuits开关可以通过两种方式通信：通过dll（动态链接库）使用USB连接，或通过以太网HTTP请求。这两种方式为不同需求的用户提供了选择灵活性。

Python脚本控制示例。对于希望自定义自动化流程的用户，可以使用IronPython发送控制命令，或者使用URllib2 Python模块通过以太网发送和接收HTTP请求数据。

校准自动化减少人为误差。自动化测试不仅包括通道切换，还应包括校准过程的自动化，如使用示波器的差分快速边沿信号，通过TekExpress软件自动执行通道间的时延校正。

结果分析与报告自动化。完整的自动化测试解决方案还应包括测试结果的自动分析和报告生成，进一步减少人工干预，提高测试效率和一致性。

六、实用配置步骤与技巧

基于**实践，以下是具体的配置步骤：**步：硬件连接。按照系统架构连接所有组件，确保电缆连接牢固，接口清洁，避免因连接问题引入额外损耗或反射。

第二步：开关矩阵配置。根据测试需求（Tx或Rx，通道数量）配置RF开关矩阵，注意继电器串联数量限制，避免引入过多插入损耗。

第三步：软件环境搭建。安装必要的驱动程序和软件工具，如TekExpress软件，配置与RF开关的通信连接（USB或以太网）。

第四步：系统校准。执行必要的校准流程，包括TP3校准（不包括RF开关）和TP2校准（包括RF开关），确保测试系统精度。

第五步：自动化脚本开发。根据测试需求开发或配置自动化测试脚本，包括通道切换序列、测试参数设置、数据采集和分析逻辑。

第六步：验证测试。在正式测试前执行验证测试，确认系统工作正常，各通道测试结果符合预期，自动化流程无误。

第七步：正式执行与监控。执行自动化测试，实时监控测试过程，确保异常情况能够被及时发现和处理。

第八步：数据分析与报告。测试完成后，对数据进行分析，生成测试报告，记录测试条件和结果，便于后续分析和追溯。

七、常见问题与解决方案

在实际配置过程中，可能会遇到一些典型问题：插入损耗过大可能是由于继电器串联过多或电缆质量不佳。解决方案是遵循不超过两个继电器的串联原则，并使用高质量的低损耗电缆。

通道间偏差可能由于电缆长度或相位不匹配引起。确保所有通道中的电缆、继电器和PCB在正负信号路径之间保持±1ps的匹配。

校准失败可能因为RF开关引入的电气特性变化。考虑在TP2校准中加入RF开关的影响，并根据开关类型决定校准次数。

自动化控制异常可能是通信连接或驱动问题。检查USB或网络连接，确认驱动程序正确安装，必要时重新安装动态链接库文件。

测试结果不一致可能源于环境因素或设备稳定性。确保测试环境稳定，设备充分预热，并在正式测试前进行充分的验证和调试。

个人观点

在我看来，RF开关矩阵的引入确实是PCIe Gen5多通道测试自动化的关键突破，但它不仅仅是一个硬件解决方案，更是一个系统级工程。成功的自动化测试需要硬件、软件、校准方法和操作流程的紧密配合。

然而，过度依赖自动化也可能带来新的挑战。工程师可能逐渐失去对测试细节的理解，当出现异常结果时，排查难度可能增加。因此，即使在自动化测试环境中，保持对基础测试原理和方法的深入理解仍然是必要的。

从技术发展趋势看，集成度更高的解决方案将是未来方向。随着PCIe标准向Gen6甚至更高版本发展，测试系统可能需要更高程度的集成和自动化，可能会将RF开关、校准功能和数据分析更紧密地整合在一起。

对测试工程师而言，建议深入理解RF开关的特性和影响，而不仅仅将其视为一个简单的通道切换器。了解其插入损耗、反射特性和相位影响，有助于更好地解释测试结果和排查异常情况。

**数据视角

根据测试数据，使用RF开关矩阵进行PCIe Gen5多通道测试，可以将测试效率提高50%以上，同时显著降低因人工操作引起的测试误差。

ZTM2-8SP6T-40和ZT-8SP6T-40两种开关矩阵都能支持*多18条通道，超出了PCIe x16的需求，为未来扩展留下了空间。

在32 GT/s速率下，RF开关引入的插入损耗通常在一定范围内，通过合理的校准和补偿，可以控制在测试规范允许的范围内。

自动化测试系统的一次性投入虽然较高，但长期来看可以节省大量人工成本和时间成本，特别适合大批量测试场景。