这是关于如何实现PCIe Gen3/Gen4接收端链路均衡测试的系列介绍，小泰将分别从理论篇到实践篇，为您讲述PCIe 3.0/4.0的链路均衡的工作原理及对链路均衡的测试和调试。

本期为理论篇，主要介绍PCIe 3.0&4.0的链路均衡，包括：

1）发送端的均衡: FFE

2）接收端的均衡: CTLE和DFE

3）链路均衡过程

PCIe接口自从被推出以来，已经成为了PC和Server上重要的接口。为了更高了数据吞吐率，PCI-SIG组织于2010年推出了PCIe 3.0，数据速率达到了8GT/s；于2017年推出了PCIe 4.0，数据速率达到了16GT/s。PCIe 3.0已经是PC上的标配接口；而PCIe 4.0目前仍处于Server上，在PC上也在开始普及。

*，PCIe 1.0和2.0使用的是普通的FR4板材和廉价的接插件。为了实现在这样的物理介质上进行有效的信号传输，PCI-SIG组织使用了8b/10b编码和发送端的去加重技术，来保证信号质量：

• 在PCIe 1.0中,去加重值为固定值3.5dB；

• 在PCI 2.0中,去加重值为3.5dB或6.0dB中的任何一个，也是为固定值，无法动态调整。

但是随着速率的翻倍，为了在PCIe 3.0和4.0中仍然使用普通的FR4板材以及廉价的接插件。

PCI-SIG组织对规范做了两方面的改进：

• 使用128b/130b编码来代替8b/10b编码，使得编码效率大幅提高；

• 使用动态均衡技术，来代替先前代的静态均衡技术；

通过这两方面的改进，PCI-SIG组织实现了在速率翻倍的同时，仍能保持使用普通的FR4板材和廉价接插件。本应用笔记就聚焦于PCIe 3.0和4.0中的动态均衡技术，介绍其原理、实现及其相关的一致性测试。这样一种动态均衡技术，在spec中被称作“Link Equalization”（链路均衡，简称为LEQ）。

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本系列包含理论篇和实践篇两个部分

理论篇主要介绍PCIe 3.0/4.0的链路均衡的工作原理。实践篇则侧重于对链路均衡的测试和调试。

PCIe 3.0&4.0的链路均衡

在PCIe 3.0和4.0中的链路均衡技术相较于先前代要复杂得多，这样一种动态均衡技术可以分为两个方面进行讨论：

• 均衡特性方面：从这个方面来说，相对于先前代的均衡来说，3.0和4.0中的均衡技术的硬件性能指标要求更高了。在本应用笔记中，2.1节和2.2节讨论它的技术细节。

• 协议方面：为了实现动态地调整均衡设置，需要协议层的配合，这是通过PHY层的LTSSM状态机中的Recovery.Equalization子状态来实现的。在本应用笔记中，2.3节讨论它的技术细节。

我们先来从均衡特性的角度来看看PCIe 3.0和4.0的均衡，如下图1展示了在PCIe 3.0/4.0中所使用的全部均衡技术，在Tx端有FFE（Feed Forward Equalizer，前馈均衡器）；在Rx端有:CTLE（Continuous Time Linear Equalizer，连续时间线性均衡器）和DFE（Decision Feedback Equalizer，判决反馈均衡器）。

图1. LEQ硬件实现的模块框图

通过FFE和CTLE，可以去除大部分由ISI所引入的抖动；通过DFE可以进一步去除ISI，它还能去除部分的阻抗失配所造成的反射。通过这些均衡处理，就能够保证在接收端判决输入处将眼图打开。

除了上述这些均衡特性上的支持外，在协议层（LTSSM）中还规定需要通过协议的方式来动态调整链路上的均衡设定值，这整个过程称作链路均衡（Link Equalization，LEQ）。

在链路均衡过程中：

• 本地端按照某个初始Tx EQ的设定来发送数据；

• 对端在接收到数据时，会根据误码率或信号质量来判断该Tx EQ是否合适；

• 若不合适，对端会通过协议向本地端请求一个新的Tx EQ值；

• 本地端在接收到这个请求值之后，会改变Tx EQ的值。

通过这一动态过程，就能够保证链路上的Tx EQ为优值。与此同时，本地端和对端也会同时调整Rx EQ。通过动态地调整Tx EQ和Rx EQ，就能够灵活地适应不同的信道情况。