By GRL team on Jun 15, 2022

SATA测试波形与电性测试介紹

   

Granite River Labs, GRL
吴明伦 Klay Wu

 

SATA自2003年发布后以多项优势取代PATA。第一代SATA 1.0 (Gen1) 速率为1.5 Gbit/s;而隔年推出的SATA 2.0 (Gen2),速率升级至3.0 Gbit/s。再来直到2009年发布了完整的SATA 3.0 (Gen3),速率达到6.0 Gbit/s。

SATA测试波形的分类

应用于SATA测试的波形分为以下两类,并且两种不同的波形会应用于不同的测试验证。

  • Non-compliant patterns,用于进行下列测试:
    1. Jitter measurements
    2. Physical connection media tests
    3. Electrical parameter testing
  • Compliant patterns,用于进行下列测试:
    1. Frame Error Rate testing
    2. In-system tests

接下来,将详细介绍两种类型的波形,分别包含Non-compliant patterns的四种波形以及Compliant patterns的两种波型。

Non-compliant patterns介绍

Non-compliant patterns主要有四种,包含Lone Bit Patterns (LBP)、High Frequency Test Pattern (HFTP)、Mid Frequency Test Pattern (MFTP)、Low Frequency Test Pattern (LFTP)。下方将为大家一一介绍各波形的组成。

– Lone Bit Patterns (LBP)

LBP是由8b/10b编码模式所组合而成,其中包含D12.0、D11.3、D11.4三种波形以特定方式组合,而这种信号里面一定会出现连续4个1或4个0,如下图记号所表示。此信号用于抖动的测量。

图1: Lone Bit Patterns (LBP)波形

 

– High Frequency Test Pattern (HFTP)

HFTP由连续的D10.2组成,主要用于Unit interval (UI)与Spread Spectrum Clocking (SSC)的相关测试。

图2: High Frequency Test Pattern (HFTP)波形

 

– Mid Frequency Test Pattern (MFTP)

MFTP由连续的D24.3组成,UI为HFTP的两倍,主要用于Emphasis的测试。

图3: Mid Frequency Test Pattern (MFTP)波形

 

– Low Frequency Test Pattern (LFTP)

LFTP由连续D30.3组成,随着规范更新,测试进行时不会使用LFTP。因此这个波形仅为测试前的校正程序所使用。

表1: Non-compliant patterns波型总整理

图4:HFTP(绿)、MFTP(黑)、LBP(蓝)三种波型比较

Compliant patterns介绍

Compliant patterns主要有两种:Compliant Framed Composite patterns (FCOMP)与Compliant Lone Bit Patterns (LBP);因Compliant Lone Bit Patterns (LBP)即为前面所介绍过的Non-compliant LBP,是在加入些许限制与修饰后,而具备Compliant patterns的特性。下方着重在FCOMP的介绍。

 

– Compliant Framed Composite patterns (FCOMP)

FCOMP有以下三种变化,主要用于测量抖动。

  1. Low Frequency Spectral Content Pattern (LFSCP),特征为三个连续的1搭配一个0或是三连续的0搭配一个1。
  2. Low transition Density Pattern (LTDP),主要由三个或四个连续的1或0所组成。
  3. High transition Density Pattern (HTDP),由单个1与0所形成的全速率模式,加上两个1与0的半速率模式所形成。

电性基础特性与信号测试介绍

以下为三个主要会应用到SATA测试波形的测试项目:

  1. a) 电性基础特性 (Phy general)
  2. b) 电性传输信号 (Phy transmit signal)
  3. c) 电性接收信号 (Phy receiver signal)

– 电性基础特性 (Phy general)

电性基础特性简写为PHY,为Gen1/Gen2/Gen3共同必须测试的项目,其中包含UI与SSC的相关测试,需使用HFTP波形进行测试。

单位间隔(Unit Interval)是不包含抖动时的特定标称值。而频率长期稳定度(Frequency Long Term Accuracy)必须在正负350 ppm的规范之中。

表2: PHY测项与规范

 

– 电性传输信号 (Phy transmit signal)

电性传输信号测试简写为TSG,其中包含电压大小、抖动以及Emphasis,需使用HFTP、MFTP、LBP等波形进行测试。

在发送端测得的最小差分电压(Minimum Differential out put voltage)应符合相应的电气规范,其中包括任何Pre-emphasis。此测试项目仅针对支持Gen1与Gen2的产品,需利用MFTP测试模式进行测量。

交流共模电压(AC Common Mode Voltage)是指在发送端的连接器处,利用测试模式MFTP以及HFTP测得的最大正弦幅度。该数值是由于受到上升/下降不匹配和其他要求限制,所导致Tx+/Tx-的不匹配,用于衡量除去共模尖峰以外的共模噪声。

抖动(Jitter)作为数据与相关事件之转换的理想点,对于总抖动(TJ)与确定性抖动(DJ)测量规范在Gen1/Gen2以及Gen3有不同的定义,测试时须利用HFTP与LBP测试模式进行测量。

表3: TSG测项与规范

而最大差分电压幅度(Maximum Differential Voltage Amplitude)与Emphasis的测量,仅对于支持Gen3之产品,且须利用MFTP测试模式进行测量。

表4: TSG测项与规范

 

– 电性接收信号 (Phy receiver signal)

电性接收信号测试简称RSG,主要测量内容为接收抖动容许限制以及应力测试,测试时使用FCOMP波形,校正时则需要用到FCMOP、LBP与LFTP等波形。

抖动容限测试将针对特定频率点10、33、62、5 (MHz)进行。应力测试则针对62 MHz的频率点进行。

 

结论

SATA测试波形主要有HFTP、MFTP、LBP与FCOMP,其中HFTP、MFTP与LBP运用于PHY、TSG测试,FCOMP与修饰后LBP运用于RSG测试。测试时应将测试模组建立于待测物IC之中,并透过适当的设定,可利用指令让待测物生成测试波形,或是藉由波形产生器取代指令。

 

参考资料

  • UTD_1_6_Rev1_1 Released
  • SerialATA_Revision_3_5a_Gold
  • Altera Corporation Specifications and Additional Information
 

作者简介

GRL 台湾测试工程师 吴明伦 Klay Wu

具USB、SATA、PCIe接口相关测试经验,协助客户在USB-IF方面取得认证。

 

联系我们了解更多

本文件中规格特性及其说明若有修改恕不另行通知。

发布日期 2022/06/15 AN-220615-TW

Published by GRL team Jun 15, 2022

Related Post