PCI Express Gen1/2/3/4 | GraniteRiverLabs Taiwan

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：

表 1

編碼方式

PCIe 所使用到的編碼方式也整理如表二：

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：

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：

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：

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：

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。

本文件中規格特性及其說明若有修改恕不另行通知。                       

發佈日期 2019/07/30 AN-190703-TW