随着用于PCIe链路健康状况测试的TMT4PCIe性能综合测试仪的推出，出现了一个问题，即确定被测设备（DUT）通过/不通过的“最佳模板”是什么。是否应该使用标准的PCIe兼容模板？是否有一个一致的模板可以用于所有类型的PCIe被测设备？如果没有，那么工程师应该如何从他们的测试结果来评估是否被测设备是好的呢？

本文目的就是帮助解决如何看待TMT4PCIe性能综合测试仪的自定义扫描中的通过/不通过模板这一功能，以及在确定哪些通过/不通过限定值是否适合于一个给定的被测设备时需要考虑什么。

通过发送端和接收端测试评估链路的健康状况

在链路训练之后，被测试的PCIe设备可能会经历额外的链路均衡过程，以建立设备之间的稳定连接。链路均衡是一个链路优化过程，它修正了被传输的数据波形的特性，从而在更高的数据速率下形成最稳定的PCIe链路。链路均衡是通过使用PCIe规范中定义的Preset值而被实现的。Preset值是用来修正被传输的数据波形特性的诸配置。

泰克的TMT4允许用户在几分钟内快速评估其PCIeGen3和Gen4设计的链路健康状况。该仪器扮演被测设备（DUT）的链路伙伴这一角色，使用户能够通过协议来控制诸Preset值，并快速显示眼图及其相关的链路训练参数，在逐通路或逐Preset的基础上提供对潜在设计缺陷的洞察。

TMT4的测试包括给定被测设备的发送端和接收端，可以通过使用链路训练期间检测到的所有可用通路和Preset而被执行，或者通过选择感兴趣的特定通路或Preset而被执行。在TMT4中有两种测试模式：快速扫描和自定义扫描。在快速扫描模式下，TMT4将通过自动选择每个可用通路的最佳Preset来评估被测设备的链路健康状况，其目的是优化测试时间和通路性能，而自定义扫描则评估所选中的特定通路和Preset值。

使用TMT4自定义扫描时有哪些考量？

在确定TMT4的自定义扫描的通过/不通过模板时，有几个考虑因素。最值得注意的是，使用TMT4的测试方法与传统的一致性测试有很大的不同。一致性测试使用数学建模的参考接收端以及测试信号，而TMT4PCIe性能综合测试仪则使用真实的接收端和真实的链路数据流量。这意味着，在使用TMT4评估被测设备的链路健康状况时，PCIe规范中指定用于一致性测试的模板并不必然是一个好的模板。

此外，由于TMT4是与被测设备相连的链路的一部分，对整个眼图的贡献是被测设备和TMT4的组合，因为它们一起形成了一个链路。这意味着一个模板可能很适合于一个与TMT4配对的被测设备，但对于另外一个已与不同的收发器进行训练的被测设备来说，它可能不是最好的模板。

由于一个模板不一定适用于所有可能的被测设备，因此最好的参考出发点是评估那些一致性测试项目全部通过的商用被测设备的分布情况，并检查任何一个特定的被测设备在分布中的位置。得到这个分布之后，团队或组织可以决定他们是否希望他们的通过/不通过模板位于商业上可用的DUT分布的第10个百分位，第50个百分位，甚至是第95个百分位。使用来自这个大数据集的参考模板为组织提供了一个跳板，以确定出其通过/不通过模板，而不是像在PCIe规范的一致性测试之中那样每一个被测设备都是同一个严格模板。

参考模板数据收集和分析

为了创建在诸Preset下的分布，并评估一个给定的被测设备性能的百分位，我们进行了大量的数据收集工作。泰克公司购买了市面上大量的被测设备样本，甚至使用一些TMT4作为被测设备，以收集一个数据集，它由诸市面上PCIeGen3和Gen4设备的>50组合组成。

每个组合都使用TMT4的自定义扫描功能进行了测试。自定义扫描使用户能够强制执行特定的测试参数，以便对其发送端信号路径进行更彻底的评估。发送端眼图和链路训练参数表的结果可以被配置为按测试通路或按测试Preset来查看。

设备从4个通路（40个眼图/设备）到16个通路（160眼图/设备）不等，包括RC设备和EP设备。这个被测池子由不同连接器类型的SSD、不同芯片组的主板、不同供应商的显卡、网卡和其他PCIe设备组成，以确保连接器、设备类型和芯片组的广泛分布。

这项数据收集工作产生了大约100,000张眼图，用于开发建立通过/不通过模板的参考分布。Gen3和Gen4眼高和眼宽的按Preset的百分位数的表格视图如下所示，而组分布图和单独的分布图可在附录中找到。

使用TMT4裕量测试仪创建PCIe参考模板（针对所有类型设备）

使用上述收集的数据，TMT4的用户可以评估他们的设备相对于商业上可用的被测设备的大型数据集的表现，组织可以根据他们希望他们的被测设备相对于其他商业上可用的PCIe设备的表现而建立起一个粗略的百分位阈值作为通过/不通过限定值。虽然TMT4没有按Preset提供不同的模板设置，但考虑到最严格的眼高或眼宽的百分位数，可以使用单一掩码。例如，如果A公司想建立所有设备的第50个百分位数作为他们Gen3和Gen4设备的通过/不通过限定值，他们的模板可以如下：

虽然因为使用了最严格的限定值，这些阈值可能会在某些Preset值上看到测试不通过，但它仍然根据商业上可用设备的参考分布情况建立了一个可供公司使用的一致的通过/不通过模板。

同样地，如果一个公司想知道他们的设备相对于这些参考分布的位置，同样也可以这样做。从TMT4导出的测试数据可以被用作产品性能的脉动，而不是真正的通过/不通过限定值，以便看出一个给定的设备是否落在市面上大多数设备所在的分布位置。下面是一个使用随机数据的例子：

结论

虽然单个的通用模板与TMT4的测试方法并不一致，但使用基于商用PCIe被测设备分布的参考模板是一种为特定被测设备建立合理的通过/不通过模板的方法。使用本文提供的分布图，TMT4的用户可以开发参考模板，这些参考模板对评估其设备相对于目前市面上的产品的健康状况很有意义。

欲进一步验证您的PCIe设计或使用标准一致性模板进行一致性测试，请访问我们的网站，了解更多关于我们整个PCIe测试解决方案的信息，https://www.tek.com.cn/products/pciemargintester。

关于泰克科技

泰克公司总部位于美国俄勒冈州毕佛顿市，致力提供创新、精确、操作简便的测试、测量和监测解决方案，解决各种问题，释放洞察力，推动创新能力。70多年来，泰克一直走在数字时代前沿。欢迎加入我们的创新之旅，敬请登录：tek.com.cn

作者：Sagar Khare，业务经理

摘要

独立的PD控制器可以通过管理功率问题来帮助应对解决方案尺寸和成本等设计挑战，无需开发固件。本文将简要介绍5 V、9 V、15 V、20 V、28 V、36 V和48 V供电轨之间的同化如何在功率传输中表现多用性，以减少所需的电缆。然后介绍一款独立PD控制器，该器件包含端口检测和非易失性内存，无需使用定制固件。

简介

便携式电池驱动电子设备（例如手机、笔记本电脑、无线音箱、电动工具等）推动USB功率传输(PD)市场持续增长。USB PD为消费电子带来巨大优势，它们可以通过同一个USB Type-C连接器提供高达240 W的功率（参见USB PD 3.1版本规格）。

为了供应广泛的功率，USB PD标准可用的电压和电流组合众多（5 V、9 V、15 V、20 V、28 V、36 V、48 V和1.5 A、3 A、5 A等），因此USB PD提出了新的电源需求挑战。在电源通过USB电缆供电之前，电源（例如墙上适配器）和在线设备（例如手机）分别以适当的电压和电流水平传递它们的功率容量和功率需求。

一些解决方案需要多个集成电路(IC)，包括端口检测器、微控制器和用于功率传输的充电器。虽然这些解决方案可以使用，但它们会占用板上空间，增加解决方案的成本，且需要定制固件，而生产这些固件非常耗时。

一个独立的PD控制器可以帮助解决这些挑战，它可以管理功率问题，无需开发固件。

USB-C PD电源要求

USB PD有一个显著优势：消费者可以使用相同的电缆和电源适配器为2.5 W的手机和25 W的无绳电钻充电。抽屉里塞满了各种不同的电缆，或者永远找不到正确的充电器，这样的日子已经成为过去。

在了解USB PD之前，我们必须回顾以前的USB标准，以了解USB PD具备的优势和挑战。最初的USB标准——USB 1.1和USB 2.0——是用于传输数据而不是传输功率。它们只允许USB电缆传输最高5 V电压和500 mA电流。

随着时间推移，消费者开始要求USB提供更多功能。他们想通过USB电缆快速给电池充电，此时500 mA最大电流已经无法满足要求。BC1.2标准允许通过USB电缆传输高达7.5 W功率——5 V电压和1.5 A电流，该标准满足了这些消费者的需求。BC1.2标准扩展了通过USB电缆为电池充电的能力，在BC1.2标准之后，每一项新标准都在之前的基础上增加了功率容量。Type-C 1.3将功率容量扩展到15 W（最大值），而USB PD 3.0使系统功率升级达到100 W（最大值）。其最新的规格更新USB PD3.1将功率容量进一步扩展到了240 W（最大值）。

图1.每个USB规格的功率容量

BC1.2和Type-C 1.3继续提供以前在所有USB标准中使用的5 V供电轨，但通过将最大电流增加到1.5 A和3 A，将功率容量分别增加到7.5 W和15 W。USB PD3.0同样提高了电流和电压容量，使功率容量达到100 W（最大值）。它允许两个设备通过USB电缆传输高达20 V电压和5 A电流。新PD3.1规格支持高达48 V电压和5 A电流。

图1汇总列出每个USB标准允许的功率容量、最大电流和电压。

USB PD电源提供的供电轨是可变的。USB PD 3.1标准规定，电源不仅必须提供最小电压5 V和最大电压48 V，还必须提供介于这两个电压之间的若干供电轨。

USB PD 3.0标准要求电源根据其功率容量，提供特定的供电轨。能够提供超过15 W的电源必须提供5 V和9 V供电轨。能够提供超过27 W的电源必须提供5 V、9 V和15 V供电轨。最后，能够提供超过45 W的电源必须提供5 V、9 V、15 V和20 V供电轨。

电源还在这些供电轨上提供不同的电流输出。电源在5 V供电轨上提供500 mA和3 A之间的电流。电源在9 V供电轨上提供1.67 A和3 A之间的电流。电源在15 V供电轨上提供1.8 A和3 A之间的电流。最后，电源在20 V供电轨上提供2.25 A和5 A之间的电流（图2）。

USB PD 3.1标准为电源增加了三个额外的供电轨。提供28 V、36 V和48 V固定供电轨的电源分别支持高达140 W、180 W和240 W的功率水平。电源必须为这些供电轨提供高达5 A电流。

图2.USB PD3.0电压和电流容量

除了标准电压和电流外，USB PD规格还提供可编程电源(PPS)功能。PPS功能允许在线设备请求电源提供有少量改变的电压和电流。

PPS功能非常有用，可以通过优化开关充电器的工作点，加快锂离子电池的充电速度。在充电周期的恒定电流阶段，充电器为电池提供固定电流，电池电压会慢慢增加，直到最终达到充电截止电压。通常情况下，充电器的输入是固定的，当充电器的输入远远大于电池电压时，就会产生功率损失。PPS功能调整充电器的输入电压，使其工作效率尽可能接近峰值效率。此举使得功耗降低，在充电电流增大的情况下，电池的充电速度加快。

PPS可以通过USB电缆实现无数种电压和电流组合。想要使用PPS功能的设计人员必须找到一种方法，使电源和在线设备就电源应提供的功率量达成一致。

USB-C PD设计模块

在分立式USB PD系统中开始充电，这并非一项简单任务。电源（例如墙上适配器）通过USB电缆与在线设备（例如手机或电钻）连接。这两种设备通常都需要使用多个IC来实现来回通信，以便为在线设备提供电源（图3）。

图3.USB PD设计框图

CC引脚检测IC通过测量CC引脚的电压来确认电缆的方向和拉电流能力。该IC还需要电源的灌电压和灌电流能力，并在在线设备选择电压和电流时将信息返回给电源。

BC1.2检测IC支持传统的USB适配器。虽然更新的设备更广泛地采用USB Type-C，但许多应用仍然使用旧的USB规格。BC1.2兼容端口采用D+/D-引脚来传输电源的功率容量，而不是CC引脚。BC1.2检测IC读取D+/D-引脚，为仍然使用传统USB标准的应用配置充电。

该充电器IC安全有效地为在线设备的电池充电。电源将为在线设备、充电器的输入源提供恒定电压。然后充电器确保电池充电量已达到充电电压、电流和温度规格。

最后，微控制器单元(MCU)模块组织其他IC之间的通信。MCU与CC引脚检测IC通信，确定电源的功率容量。然后，MCU将电源的容量与充电器和电池的功率需求进行比较，确定电源应该提供多少电流和电压。MCU将最终的功率设置反馈给CC引脚检测IC，以正确配置电源。一旦确认正确的电流和电压，MCU将配置并使能充电器。

USB PD所需的元件数量超过传统USB或标准Type-C设计提供的数量。更多IC导致成本更高，解决方案的尺寸更大。它还需要一个复杂的固件设计来管理不同元件之间的通信，并满足所有USB PD 3.0标准要求。单单固件设计一项就可能拉长开发周期，除非设计人员熟知USB规格。

独立式PD控制器

通过将CC引脚检测、BC1.2检测和MCU集成到一个IC中，独立式PD控制器可以帮助简化USB PD设计。四IC设计现在变成双IC设计，节省了电路板空间和成本。

嵌入式MCU集成了所有USB PD 3.0标准通信协议和时序要求，是独立式PD控制器中最强大的部分。设计人员无需再为了跟上这些规格而花费时间进行开发。

独立PD控制器的一个示例是MAX77958（图4）。MAX77958具有两个独特功能：非易失性存储器和直接控制配套充电器的I²C主端口。这两个功能消除了对外部MCU的需求，也无需开发定制固件。

图4.USB Type-C v1.3和兼容PD 3.0的独立式PD控制器

设计人员可以使用图形用户界面(GUI)为典型应用生成定制脚本，然后将其加载到IC的非易失性存储器中。PD控制器自动执行命令，例如切换GPIO，或通过I²C主端口向充电器发送I²C命令等。

定制脚本是使用简单、易于使用的命令在GUI中编写的。该软件将定制脚本转换为十六进制格式，并将其写入IC配置区域。开发人员可以根据基于其应用需要提供的功能来定义简单的函数和序列。

图5显示了设计人员可以使用的一些定制脚本编程功能。GUI根据定制脚本输出二进制(bin)和十六进制(hex)文件。定制脚本是一项独特功能，有助于大大缩短开发时间。

图5.用户定制脚本编程

结论

USB PD规格极大地增加了通过USB电缆充电的电池供电设备的数量。该规格概述了7项新供电轨要求——5 V、9 V、15 V、20 V、28 V、36 V和48 V——以帮助适应广泛的功率容量。在开始充电之前，电源和在线设备需要确定电流和电压电平。

独立式PD控制器将大多数模块集成到一个IC中，这有助于简化设计过程。有些甚至无需使用外部MCU和定制固件。独立式PD控制器帮助加速您的设计开发，确保始终领先于USB PD的新趋势。

参考资料

1.“USB Type-C设计和使用功率传输实现快速充电。”Digi-Key，2017年3月。

2.Bob Dunstan和Richard Petrie。“USB功率传输。”USB实施者论坛，2019年11月。

3.“USB-C基础知识。”ADI公司，2020年。

4.“USB功率传输。”USB。

5.“USB功率传输：便利性和安全性。”Renesas。

关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元，全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户，ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。

关于作者

Sagar Khare是ADI公司电池供电解决方案事业部的业务经理。他在嵌入式电源转换、可再生能源和电池管理方面拥有丰富的经验。Sagar拥有石溪大学电气工程理学硕士学位和亚利桑那州立大学工商管理硕士学位。

2023年7月可能是有记录以来最热的一个月份，也可能是12万年来最热的一个月。气候正在变暖，因此，极端天气事件发生的可能性正在增加。传统的天气预报工作离不开大量的计算能力。如今，一种新的人工智能（AI）驱动的天气模型可供公众使用，它改变了天气预测的方式。

盘古气象是由华为云开发的一款天气预报AI模型，不仅预报的精度更高，而且速度提高了10000倍，它将全球气象预报的时间缩短到秒级。这有助于极端天气的早期预测和应对。这些成果于2023年7月5日发表在同行评审的科学出版物《自然》（Nature）上。

盘古气象是首个精度超过传统数值预报方法的AI预测模型，并且是第一次在欧洲中期天气预报中心（ECMWF）网站上免费向公众发布。这为全球气象预报员、气象学家、气象爱好者和公众提供了一个平台，可以查看盘古气象模型的10天全球气象预报。

颠覆传统天气预报

除了提供10天天气预报外，ECMWF还发布了一份报告，比较了盘古气象模型和ECMWF IFS（全球领先的NWP系统）从2023年4月至7月所做的预报。

结果显示，像盘古气象这样采用机器学习（ML）方法的大模型会“彻底改变传统数值天气预报（NWP）方法渐进且相当缓慢的发展过程”，后者的预报技能每十年增加约一天（数据来自世界气象组织或WMO）。其原因是使用标准NWP系统预测的计算成本太高。ML模型有望彻底改变天气预报系统，它需要的计算成本更低，且精度极具竞争优势。

华为云AI领域首席科学家、IEEE Fellow和国际欧亚科学院院士田奇博士解释道：“天气预报是科学计算领域最重要的场景之一，因为气象预报是一个非常复杂的系统，很难涵盖数学和物理各个方面的知识。目前，盘古气象主要完成的是预报系统的工作，其主要功能是预报大气状态的演变。”

极端天气的预测精度经验证非常高

盘古气象模型的预测能力已经在极端情况下得到了检验，例如2022年2月袭击欧洲西北部的尤妮斯风暴和2022年夏季英国高温首次突破40°C。这两个例子表明，数据驱动的模型能够预测极端天气情况并为中期预报提供指导。

ECMWF website showing weather forecasts made by Pangu-Weather (Source: ECMWF)

盘古气象预报涵盖地势、比湿、风速和温度。所有这些信息对于预测天气系统、风暴路径、空气质量和气候模式的发展至关重要。盘古气象还被用来预测今年第六号台风“卡努”的路径。

ECMWF长期以来一直呼吁全球天气预报行业做出更多努力，使用AI模型来完善其预报系统，进一步探索这些模型的优缺点，以协助气候管理。

田奇博士表示：“我们的最终目标是利用AI技术建立下一代天气预报框架，以加强现有的预报系统。”

稿源：美通社

基于台积公司N3E工艺的广泛IP组合能够助力AI、移动和HPC 等新兴领域实现业界领先的功耗、性能和面积（PPA）

要点： 

• 基于台积公司N3E工艺技术的新思科技IP能够为希望降低集成风险并加快首次流片成功的芯片制造商建立竞争优势

• 符合标准规范的新思科技接口IP，包括112G以太网、LPDDR5X、DDR5、PCIe、USB/DisplayPort和MIPI C/D-PHY，实现了广泛的互操作性

• 基于台积公司N3E工艺技术的广泛IP组合与新思科技的认证数字和定制设计解决方案强强结合，能够提高性能并极大限度地降低功耗

新思科技（Synopsys, Inc.，纳斯达克股票代码：SNPS）近日宣布，基于台积公司N3E工艺技术可提供广泛的接口IP产品组合，成功引领了新一轮先进芯片设计浪潮。新思科技的半导体IP在最通用的协议等多条产品线上实现了流片成功，能够提供业界领先的功耗、性能、面积（PPA）和低延迟。新思科技面向台积公司N3E工艺的IP为台积公司N3P集成提供了一条快捷路径，助力开发者加速开发人工智能（AI）、高性能计算（HPC）和移动设计。 

新思科技IP营销和战略高级副总裁John Koeter表示：“新思科技提供了广泛的高质量IP组合，助力开发者实现他们的设计目标，并以更低的风险将必要的IP快速集成到他们的设计中。新思科技面向台积公司3纳米工艺的IP已被数十家领先公司采用，助力他们加快开发周期，快速实现流片成功并加速上市时间。”

台积公司设计基础设施管理部负责人Dan Kochpatcharin表示：“我们与新思科技的长期合作，能够让双方的共同客户受益于已经在台积公司先进工艺技术上得到验证的广泛IP组合。新思科技IP在台积公司N3E工艺上实现流片成功印证了我们在长期合作中付出的努力，共同帮助开发者应对其SoC设计上严格的PPA和延迟要求，并加速下一代AI、HPC和移动应用的芯片创新。”

关于新思科技 

新思科技（Synopsys, Inc.，纳斯达克股票代码：SNPS）是众多创新型公司的Silicon to Software™（"芯片到软件"）合作伙伴，这些公司致力于开发我们日常所依赖的电子产品和软件应用。作为全球第15大软件公司，新思科技长期以来一直是电子设计自动化（EDA）和半导体IP领域的全球领导者，并且在软件安全和质量解决方案方面也发挥着越来越大的领导作用。无论您是先进半导体的片上系统（SoC）开发者，还是编写需要最高安全性和质量的应用程序的软件开发者，新思科技都能够提供您所需要的解决方案，帮助您推出创新性、高质量、安全的产品。如需了解更多信息，请访问www.synopsys.com/zh-cn

稿源：美通社