4. Detect 状态详解：硬件检测机制、接收器检测（Rx Detect）流程与超时处理
Detect 状态是 PCIe 链路训练的第一个物理层状态，其核心目标是确认对端设备的存在。该状态不涉及任何协议协商或速率配置，仅通过纯硬件模拟电路检测接收端（Rx）是否存在有效的终端阻抗。只有通过 Detect 状态，链路训练才能进入后续的 Polling 阶段。
4.1 硬件检测机制：交流耦合电容与终端阻抗
PCIe 物理层采用差分信号对（Tx+/Tx- 与 Rx+/Rx-），并在发送端与接收端之间串联交流耦合电容（通常为 75nF~200nF）。该电容用于隔离直流偏置，但同时也使得直流电平检测无法直接判断对端是否存在。因此，PCIe 规范定义了基于反射波检测的硬件机制：
- 发送端行为：在 Detect 状态下，发送端（Tx）输出一个低摆幅的阶跃脉冲（通常为 50mV~300mV，持续时间约 10ns~20ns）。
- 接收端行为：接收端（Rx）必须呈现一个已知的直流终端阻抗（通常为 40Ω~60Ω 对地，差分阻抗 80Ω~120Ω）。
- 反射检测原理：Tx 发出的脉冲遇到 Rx 终端阻抗时，会产生反射波。Tx 端的比较器通过测量反射波的幅度与极性，判断 Rx 是否存在。
关键指标： 接收器检测的判定阈值通常设定为 50mV。若反射波幅度超过该阈值，则认为 Rx 存在；否则认为 Rx 不存在或链路断开。
4.2 接收器检测（Rx Detect）流程
Rx Detect 流程由物理层（PHY）的 LTSSM（链路训练与状态机） 控制，在 Detect.Quiet 与 Detect.Active 两个子状态间循环。完整的检测流程如下：
- Detect.Quiet 子状态：发送端进入静默模式，Tx 输出共模电压（通常为 0V），持续至少 12ms，确保链路上无残留信号。
- Detect.Active 子状态：Tx 发出检测脉冲，同时启动内部比较器采样反射波。
- 采样判决：比较器在脉冲发出后的 2ns~4ns 窗口内采样反射波幅度。若幅度 > 50mV，判定为 Rx 存在；否则判定为 Rx 不存在。
- 状态转移：
- Rx 存在 → 进入 Polling 状态，开始速率协商。
- Rx 不存在 → 返回 Detect.Quiet，等待下一次检测周期。
硬件实现要点： 实际芯片中，比较器的参考电压由内部 DAC 产生，精度需达到 ±5mV。检测脉冲的幅度与宽度需符合 PCIe 基规范 4.2.5.1 节的要求，以保证跨厂商兼容性。
4.3 超时处理机制
Detect 状态必须处理两种超时场景：检测脉冲超时与总检测周期超时。超时机制确保链路在异常情况下不会永久卡死在 Detect 状态。
| 超时类型 | 定时器值 | 触发条件 | 处理动作 |
|---|---|---|---|
| 检测脉冲超时 | 20ns | Tx 发出脉冲后 20ns 内未收到有效反射波 | 立即返回 Detect.Quiet，等待 12ms 后重试 |
| 总检测周期超时 | 24ms | 连续 2 次 Detect.Active 均未检测到 Rx | 上报链路断开事件，LTSSM 进入 Detect.Quiet 并保持 |
| 电气空闲超时 | 10μs | 链路进入电气空闲但未收到去偏置信号 | 强制退出 Detect，复位 PHY 状态机 |
设计注意事项： 超时定时器必须使用独立的硬件计数器实现，不能依赖软件轮询。在 Gen4/Gen5 高速率下，检测脉冲宽度可能缩短至 5ns，定时器精度需达到 ±1ns。
4.4 多 Lane 场景下的 Detect 同步
对于 x4、x8、x16 等宽链路，每个 Lane 独立执行 Rx Detect。但 LTSSM 要求所有 Lane 的检测结果逻辑与后统一决策：
- 所有 Lane 均检测到 Rx → 链路视为有效，进入 Polling 状态。
- 部分 Lane 检测失败 → 链路宽度降级（如 x16 降为 x8），或重新执行 Detect。
- Lane 极性反转：若检测到 Rx 但极性反转（P/N 交换），PHY 会在后续 Polling 阶段通过极性反转补偿机制修正。
4.5 Detect 状态常见问题与调试建议
工程经验： 在 Gen5 设计中，由于信号速率高达 32GT/s，检测脉冲的上升时间需控制在 2ns 以内。若 PCB 走线过长（> 20 英寸），反射波可能因损耗而衰减至阈值以下，导致误判 Rx 不存在。此时可通过调整比较器阈值或增加预加重来补偿。
调试 Detect 状态时，建议优先检查以下信号：
- Tx 检测脉冲波形：使用示波器测量 Tx 引脚，确认脉冲幅度 > 200mV，宽度在 10ns~20ns 范围内。
- Rx 终端阻抗：在 Rx 引脚对地测量直流电阻，应为 40Ω~60Ω（差分对间为 80Ω~120Ω）。
- 交流耦合电容：电容值应在 75nF~200nF 之间，且 ESR < 1Ω。
- LTSSM 状态寄存器：读取 PHY 的 LTSSM 状态寄存器，确认是否卡在 Detect.Quiet 或 Detect.Active。