PCI Express Gen1/2/3/4

Granite River Labs, GRL
Wing Tseng 曾威華

隨著 3C 產品的傳輸介面與時俱進，例如：USB、Thunderbolt、Ethernet…，在主機板上的 PCIe 也必須跟著提升速度，目前 PCI-SIG 已公開 PCIe 速度有 Gen1〜Gen5 五種傳輸速度。

參考時鐘(Reference Clock)

一個標準 PCIe 裝置的參考時鐘有正負兩個差分訊號，規格整理如表一：

1-8-1

表 1

編碼方式

PCIe 所使用到的編碼方式也整理如表二：

2-1-1-300x286-1

表 2

所以可發現 PCIe 3.0 和 PCIe 4.0 比起 PCIe 1.1 和 2.0 更有效率的傳輸資料。PCIe 3.0 與 PCIe 4.0 的編碼有效率 98.46% 而 PCIe 1.1 與 PCIe 2.0 只有 80%。

發送端 Equalization (Tx EQ)

在 PCIe 的傳送中使用到 EQ 來優化訊號，以下我將分別針對 PCIe 1.1、2.0、3.0 和 4.0 整理相對應的 EQ 值。首先是 PCIe 1.1 和 2.0 如表三：

3-7-1

表 3

隨著 PCIe 2.0 傳輸速度的提升，比 PCIe 1.1 多增加了 De-Emphasis -6.0dB 的 EQ。

接著整理出 PCIe 3.0 與 PCIe 4.0 的 Preset 表四：

4-7-1

表 4

P10 的 De-emphasis 為變數，當傳送端的 Boost level 為 Full Swing 時使用此組 Preset，在 PCIe 4.0 中 P11〜P15 目前保留尚未定義 Pattern。

接收端 Equalization（Rx EQ）

在 PCIe 1.1 及 2.0 中並沒有使用 Rx EQ，但到了 PCIe 3.0 則開始使用 Rx EQ 來優化訊號，我也將 PCIe 3.0 與 PCIe 4.0 的 Rx EQ 整理如下表， PCIe 4.0 比起 PCIe 3.0 的 Rx EQ 多了 DFE 的第二階修正：

5-7-1

表 5

動態 Equalization

在 PCIe 3.0 與 PCIe 4.0 中 Root Complex（RC）和 Adding In Card（AIC）會使用動態 EQ 來互相找到最佳配置的 Tx 和 Rx EQ 參數，在 PCIe 3.0 的動態 EQ 分有以下四個步驟整理如表六，若 RC 和 AIC 雙方皆有支援 PCI-e 4.0，當做完 PCI-e 3.0 的動態 EQ 之後，接著就會開始做 PCI-e 4.0 的動態 EQ：

6-7-1024x340-1

表 6

參考文獻

PCI Express Base Specification Revision 3.1a, December 7, 2015 PCI Express Card
Electromechanical Specification Revision 3.0, July 21, 2013 PCI Express Base Specification
Revision 4.0 Version 1.0, September 27, 2017 PCI Express Card Electromechanical Specification
Revision 4.0 Version 0.9, November 27, 2018

作者
GRL 台灣技術工程師曾威華 Wing Tseng

擅長 USB、PCIe、SATA 介面測試。GRL 技術文章作者及講師。希望幫助大家順利測試拿到介面 Logo，彼此互相交流共同成長飛翔。