4. Detect状态详解：Detect.Quiet与Detect.Active子状态、接收器检测机制、电气空闲退出条件
好，咱们今天来聊聊PCIe链路训练的第一个状态——Detect。很多刚接触PCIe的工程师，觉得Detect就是“检测一下有没有设备插上”，其实没那么简单。我个人习惯把Detect比作“握手前的试探”——你伸出手，先确认对方在不在，再决定要不要握上去。
Detect状态内部又分成两个子状态：Detect.Quiet 和 Detect.Active。这两个子状态交替运行，直到链路成功检测到对端设备，或者超时报错。
4.1 Detect.Quiet子状态
Detect.Quiet，说白了就是“安静地听”。
进入这个状态后，发送器会做一件很重要的事：把差分电压拉到共模电平，也就是让D+和D-两根线的电压相等。为什么要这么做？因为只有先“归零”，才能准确判断后面有没有信号变化。
我记得有一次调试一个Gen3的板卡，发现链路死活训练不过去。抓波形一看，Detect.Quiet阶段共模电压一直漂移，导致后续的接收器检测误判。嗯，这里要注意：共模电压的稳定，是Detect阶段的第一道门槛。
Detect.Quiet的持续时间，规范里写的是至少12个UI（Unit Interval）。但实际项目中，我建议你留出至少20个UI的余量，因为不同板卡的寄生参数不一样，12个UI有时候不够“安静”。
关键点：Detect.Quiet期间，发送器不发送任何数据，只维持共模电平。接收器则处于监听状态，等待可能的电气空闲退出事件。
4.2 Detect.Active子状态
Detect.Quiet结束后，链路进入Detect.Active。这个阶段，发送器开始“主动出击”——它会在差分线上施加一个小的电压阶跃，然后观察接收端的反射情况。
你想想看，如果对端有设备，这个阶跃信号会被接收器的终端电阻吸收一部分，反射回来的信号就会比较弱。如果对端是空的，信号几乎全反射回来，幅度就很大。接收器就是靠这个反射波幅度来判断有没有设备存在的。
我刚开始做PCIe验证时，总觉得这个机制很巧妙——不需要复杂的协议交互，一个脉冲就能搞定。但后来踩过坑才发现，反射波检测对PCB走线的阻抗匹配非常敏感。阻抗不连续的地方，哪怕没有设备，也会产生反射，导致误判。
避坑指南：我曾经遇到一个案例，板卡在Detect.Active阶段总是误报“检测到设备”，但实际上插槽是空的。最后定位到是过孔阻抗不连续，产生了虚假反射。解决办法是在过孔附近加回流地过孔，把阻抗控制好。
Detect.Active的持续时间，规范规定是最多2ms。如果2ms内没有检测到设备，链路会回到Detect.Quiet，重新开始。这个循环会持续进行，直到设备插入或系统复位。
4.3 接收器检测机制
接收器检测，其实就是上面说的“反射波法”。但具体实现上，有几个细节值得注意：
- 检测阈值：接收器会设定一个电压阈值，反射波幅度超过阈值就认为有设备，低于阈值就认为没有。这个阈值通常设定在50mV~100mV之间，具体取决于芯片设计。
- 去抖处理：为了防止噪声干扰，检测结果通常需要连续稳定至少4个检测周期才能确认。我习惯在验证脚本里加一个“去抖计数器”，模拟这个行为。
- 极性无关：接收器检测不关心D+和D-的极性，只关心差分幅度。所以哪怕你插反了（当然PCIe插反了也插不进去），检测结果也是一样的。
个人经验：在仿真验证中，我通常会在Detect.Active阶段注入一个“弱反射”场景，比如把对端接收器阻抗改成50Ω（标准是100Ω差分），看看DUT能不能正确识别。这种边界测试，往往能发现芯片检测逻辑的bug。
4.4 电气空闲退出条件
电气空闲（Electrical Idle）是PCIe链路中的一个重要概念。简单说，就是差分线上没有信号跳变，电压维持在共模电平。Detect.Quiet状态，本质上就是一种电气空闲。
那么，什么时候退出电气空闲？规范定义了两个条件：
- 检测到差分信号跳变：如果接收器在电气空闲期间，检测到D+和D-之间有超过175mV的差分电压变化，就认为电气空闲结束，链路应该进入下一状态。
- 超时退出：如果电气空闲持续了超过12个UI（在Detect.Quiet场景下），发送器会自动发起Detect.Active，主动产生信号跳变。
这里有个容易混淆的点：电气空闲退出不等于链路训练成功。它只是告诉链路“嘿，好像有动静了”，接下来还要经过Polling、Configuration等一系列状态，才能真正建立连接。
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| Detect.Quiet持续时间 | 12 UI | 20 UI | 无上限（循环） | 建议留余量 |
| Detect.Active持续时间 | — | — | 2 ms | 超时回到Quiet |
| 接收器检测阈值 | 50 mV | 75 mV | 100 mV | 差分幅度 |
| 电气空闲退出阈值 | — | 175 mV | — | 差分跳变幅度 |
4.5 核心逻辑流程图
下面我用一张SVG图，把Detect状态的整体流程画出来。你可以看到Detect.Quiet和Detect.Active是如何交替工作的，以及接收器检测和电气空闲退出在其中的位置。
从这张图你可以看到，Detect.Quiet和Detect.Active形成了一个闭环。我个人觉得，理解这个闭环的关键在于：Quiet是“听”，Active是“问”。先听有没有动静，没有就问一下，问完再听。如此反复，直到对方回应。
4.6 实际调试中的常见问题
最后，我分享几个在Detect阶段踩过的坑，希望能帮你少走弯路：
- 问题1：Detect阶段一直循环，不进Polling。 大概率是接收器检测阈值设置太高，或者对端设备的终端电阻异常。我曾经遇到过一颗芯片，内部终端电阻只有80Ω（标准是100Ω），导致反射波幅度偏小，检测不到。
- 问题2：电气空闲退出误触发。 如果PCB上电源噪声耦合到差分线上，可能会让接收器误以为有信号跳变。解决办法是在电气空闲检测逻辑里加一个低通滤波器，或者提高退出阈值。
- 问题3：Detect.Quiet时间太短。 有些芯片为了加快训练速度，把Quiet时间压到刚好12个UI。但实际板卡上，共模电压建立需要时间。我建议至少留20个UI，否则后续检测容易出错。
验证小技巧：在仿真环境中，我习惯在Detect.Active阶段随机改变对端设备的阻抗（80Ω~120Ω），看看DUT的检测逻辑是否健壮。这种随机化测试，往往能发现最隐蔽的bug。
好了，Detect状态就讲到这里。记住一句话：Detect是链路训练的地基，地基不稳，后面全是白搭。下一章我们会进入Polling状态，看看链路如何从“检测”过渡到“握手”。
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