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在 PCIe 系统中，每个物理通道（lane）都配备了一个电气子模块。发射器的主要任务是将逻辑层的比特流转换为两个具有相反极性的单端电信号。这种差分信号传输方式的核心优势在于其抗电磁干扰（EMI）能力强，并能显著提升信号完整性。

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举例来说，在 PCIe 数据传输过程中，发射器会将二进制信息（1 和 0）编码为差分信号对。接收器则通过比较这两个差分信号的电平差异来解码数据。如果正极性信号明显高于负极性信号，则生成内部逻辑“1”；反之则生成逻辑“0”。这种方法即使在噪声或电气干扰环境下，也能确保数据的精确接收。

在 PCIe 的高速信号环境中，这种低电压差分信号（LVDS）广泛应用于多种串行传输中的方法，其中一个关键原因是其提供的噪声抑制能力。由于差分信号对位于相邻引脚上，并且它们的走线非常接近，任何影响一个信号的电气噪声也几乎同样会作用于另一个信号。

因为两个信号同时受到影响，它们之间的差异并未发生显著变化，这意味着接收器不会感知到这些噪声干扰。这种方法极大地提高了数据传输的可靠性和信号完整性，特别是在高噪声环境下。

需要注意：在PCIe系统中，所有信号和电源引脚必须能够承受2000V的静电放电（使用人体模型，HBM）以及500V的静电放电（使用充电设备模型，CDM）。这些标准确保了组件在遇到静电放电时不会受到损害。具体关于这些模型或ESD的更多细节可以在JEDEC JESD22-A114-A规范中找到。

ESD要求不仅是为了防止由于静电积累导致的电子元件损坏，还为了支持意外的热插拔事件（即在电源开启状态下添加或移除扩展卡）。这对于提高系统的灵活性和可维护性至关重要。例如，在服务器维护过程中，可能需要在不关闭整个系统的情况下更换或升级某些组件。

如果PCIe器件（比如NVME SSD）如果ESD防护能力较弱，在某些情况下，也会发生非预期的PCIe CE。

在PCIe链路中，链路训练（Link Training）是确保链路两端设备能够正常通信的关键步骤。链路训练的核心由LTSSM（Link Training and Status State Machine）状态机实现。LTSSM位于PCIe总线的物理层，负责管理链路的状态转换和控制链路进入不同的工作模式。

LTSSM涵盖了11个状态，这些状态之间的转换逻辑复杂且严谨，确保了PCIe链路从初始化到正常工作的全过程能够高效、可靠地进行。

根据功能，这11个状态可以大致分为以下4大类：

1. 链路训练相关状态

• • 包括：Detect -> Polling -> Configuration -> L0

  • 这是正常的链路训练流程：

• • • Detect：检测接收端是否存在。

    • Polling：验证链路的基本连通性。

    • Configuration：配置链路参数（如速率、宽度等）。

    • L0：链路进入正常工作状态，支持数据传输。

2. 链路重新训练相关状态

• • 包括：Recovery

  • 当链路需要重新训练时（如电源状态变化、速率调整等），会进入此状态。Recovery是一个非常重要的状态，用于恢复链路的健康状态。

3. 电源管理相关状态

• • 包括：L0s, L1, L2

  • 电源管理分为两部分：

• • • 软件控制（PCI-PM机制）：通过修改寄存器中的电源管理字段，使设备进入不同的D状态（D0, D1, D2, D3）。

    • 硬件控制（ASPM机制）：在D0状态下启用，包括L0s、L1（L1.1和L1.2）等低功耗状态。

4. 其他相关状态

• • 包括：Hot Reset, Loopback, Disabled

  • 这些状态用于特定的操作或异常处理，例如热复位（Hot Reset）、环回测试（Loopback）或禁用链路（Disabled）。

Detect是PCIe链路训练的初始状态，也是整个LTSSM状态机的起点。它的主要任务是检测链路另一端的接收端（RX）是否存在并且可以正常工作。只有当接收端被成功检测到后，链路才能继续进入后续的训练状态（如Polling和Configuration）。

此外，Detect状态仅在Gen1（2.5 GT/s）速率下使用。这是因为在链路初始化阶段，所有设备都会以最低速率（2.5 GT/s）启动，以确保兼容性和可靠性。

Detect状态包含两个子状态：

(1) Detect.Quiet：

• 在复位（Reset）之后或从其他状态转换而来时，链路首先进入Electrical Idle状态，此时处于Detect.Quiet。

• 在Detect.Quiet状态下，链路不进行任何主动操作，等待条件满足后进入下一子状态。

(2) Detect.Active:

• 当满足以下任一条件时，链路从Detect.Quiet进入Detect.Active：

1. 1. 超过12ms的时间阈值。

   2. 所有Lane均退出Electrical Idle状态。

• 在Detect.Active状态下，链路开始执行接收端检测（Receiver Detection）。

接收端检测的核心是通过“Detect logic”电路比较RC时间常数的大小：

• 当RX不存在时：

• • RC时间常数较小，因为没有接收端的终端阻抗来延缓充电过程。

• 当RX存在时：

• • RC时间常数较大，因为接收端的终端阻抗显著延长了充电时间。

通过测量充电时间并与预期值进行比较，Detect logic可以判断接收端是否存在。如果检测到接收端存在，则链路可以继续进入Polling状态；否则，链路可能会停留在Detect状态或进入错误处理流程。

在PCIe链路的Detect阶段，如果无法检测到接收端（Receiver），可能的原因可以分为以下几类：接触问题、硬件故障、信号完整性问题以及其他潜在问题。

1. 接触问题

• • 插槽或接口连接不良

• • • 原因：设备未正确插入或插槽内有灰尘和氧化物。

    • 解决方法：检查设备的插入情况，必要时清洁插槽或接口。

• • 连接器设计或制造缺陷

• • • 原因：连接器的引脚长度不一致或焊点不良。

    • 解决方法：更换受损的插槽或加强生产过程中的质量控制。

2. 硬件故障

• • 接收端芯片损坏

• • • 原因：芯片内部短路或静电放电（ESD）导致损坏。

    • 解决方法：检测损坏的芯片并更换。

• • 发射端芯片问题

• • • 原因：信号驱动不足或阻抗不匹配。

    • 解决方法：校准发射端的输出。

• • 电源或接地问题

• • • 原因：供电不足或接地回路中断。

    • 解决方法：测量电压或电流，修复接地路径。

3. 信号完整性问题

• • 差分信号衰减

• • • 原因：传输距离过长或材料损耗大。

    • 解决方法：缩短传输距离或使用低损耗材料。

• • 共模噪声干扰

• • • 原因：电磁干扰（EMI）或共模噪声过高。

    • 解决方法：增强屏蔽措施或优化滤波器设计。

• • 阻抗不匹配

• • • 原因：PCB走线或连接器的阻抗不符。

    • 解决方法：调整设计以匹配阻抗。

4. 其他潜在问题

• • 热插拔问题

• • • 原因：设备未完全初始化或电气不稳定。

    • 解决方法：遵循热插拔流程，增加保护电路。

• • 固件或软件配置错误

• • • 原因：固件版本不兼容或驱动程序配置错误。

    • 解决方法：更新固件或驱动，检查系统日志。

• • 物理层设计缺陷

• • • 原因：Detect Logic实现错误或终端电阻设置不当。

    • 解决方法：审核设计，优化充电时间测量。
      通过以上结构化的分析，可以系统性地排查和解决问题，提高解决问题的效率和准确性。

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