📚 课程目录第2章 Gen1信号特性

2. Gen1 信号特性：2.5 GT/s 速率下的眼图模板、差分电压摆幅与预加重基础概念

PCIe Gen1 作为第一代高速串行互连标准，奠定了后续所有代际的信号基础。其核心信号特性包括 2.5 GT/s 的比特率、800 mVpp 的差分电压摆幅以及用于补偿高频损耗的预加重（De-emphasis）技术。理解这些基础概念是分析链路抖动与进行参数配置的前提。

Gen1 的原始比特率为 2.5 GT/s，采用 8b/10b 编码，因此有效数据带宽为 2.0 Gb/s（每通道）。在信号完整性分析中，眼图是评估信号质量最直观的工具。Gen1 规范定义了接收端（RX）必须满足的眼图模板（Eye Mask），以确保链路在最差条件下仍能正确采样。

  关键指标： Gen1 眼图模板在 2.5 GT/s 下，眼高（Eye Height）要求 ≥ 200 mV（差分），眼宽（Eye Width）要求 ≥ 0.4 UI（单位间隔）。UI = 1 / 2.5 GT/s = 400 ps。

工程要点： 眼图模板的“菱形”区域是信号禁止进入的禁区。如果信号轨迹侵入模板，说明接收端采样时可能发生误码。Gen1 的模板相对宽松，但随着速率提升，Gen3/Gen4/Gen5 的模板会显著收窄。

Gen1 规范规定发射端（TX）的差分输出电压摆幅（Differential Peak-to-Peak Voltage, V_TX-DIFF-PP）典型值为 800 mVpp，允许的调节范围为 400 mVpp 至 1200 mVpp。这个摆幅是差分信号（D+ 与 D- 之差）的峰峰值。

较低的摆幅（如 400 mVpp）有助于降低功耗和串扰，但会牺牲信噪比（SNR）。较高的摆幅（如 1200 mVpp）能提供更好的信号裕量，但会增加 EMI 和功耗。实际设计中，通常通过链路训练协商一个折中值。

在 2.5 GT/s 速率下，传输线的高频损耗（趋肤效应和介质损耗）开始显现，导致信号边沿变缓、幅度衰减。为了补偿这种损耗，Gen1 引入了预加重技术，更准确地说是去加重（De-emphasis）。

工作原理： 发射端在发送比特序列时，对第一个比特（跳变后的比特）保持全摆幅，而对后续连续的相同比特（非跳变比特）进行幅度衰减。衰减量通常用 dB 表示。Gen1 规范推荐的去加重值为 -3.5 dB（约 0.67 倍衰减）。

常见误区： 预加重（Pre-emphasis）与去加重（De-emphasis）常被混用。在 PCIe 语境中，实际实现是去加重——保持跳变边沿幅度不变，降低非跳变比特幅度。这比提升跳变边沿幅度的预加重更节省功耗。

Gen1 的电压摆幅和去加重值并非固定不变，而是在链路训练阶段通过 LTSSM（链路训练与状态机）协商确定。发射端和接收端通过交换训练序列（TS1/TS2）来调整这些参数，直到接收端检测到稳定的眼图。

电压摆幅配置： 通过寄存器 Link Control Register 中的 Enable De-emphasis 和 Enable Swing 位进行控制。
去加重配置： Gen1 只支持 -3.5 dB 一种去加重值。从 Gen2 开始才引入 -6 dB 选项。
接收端均衡： Gen1 接收端通常只包含简单的 CTLE（连续时间线性均衡器），用于进一步补偿信道损耗。

  设计建议： 在 Gen1 链路中，如果信道损耗较小（短走线、低损耗板材），可以尝试降低摆幅至 600 mVpp 以节省功耗。如果信道损耗较大（长走线、高损耗板材），应保持 800 mVpp 或更高摆幅，并确保去加重正确使能。

Gen1 的信号特性为后续代际提供了基础框架：