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1 高速ディジタル ソリューション セミナ A コース セミナ テキスト

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3 目次 1.USB2.0 の基礎とコンプライアンステストソリューション 1 2.DVI 規格の概要と測定手法 ハイスピードプロービング ソリューション 60

4 高速デジタルシンポジウム II USB2.0 コンプライアンステストについて presented by: Agilent Technologies 電子計測本部マーケティングセンター古田卓也 本日のスケジュール USB2.0 ベーシック Agilent のコンプライアンステスト ソリューション コンプライアンステスト コンプライアンステストの詳細 : 電気テスト Full Speed Hi-Speed アドバイスとサマリ 1

5 USB2.0 ベーシック - 一般情報 Universal Serial Bus (USB) 2.0: USB-IF (Implementaters Forum, Inc.) により開発された規格 仕様は USB-IF が所有 USB2.0 は旧 USB1.1の延長線上の規格 現在の USB の規格バージョンは USB2.0 USB1.1 の名は以前のレファレンスとしてのみ使用可能 USB2.0 HS USB1.1 LS/FS USB2.0 には 3つの転送速度があります Low Speed (LS) = 1.5Mbps Full Speed (FS) = 12Mbps Hi-Speed (HS) = 480Mbps USB2.0 ベーシック - アーキテクチャ USB の基本アーキテクチャ Down stream Host / System Hub Up stream Devices 差動信号 ケーブル長の最大は 5 メートル 5 段のハブまでサポート PC ホストからデバイスに流れる信号のことを Downstream と呼ぶ デバイスから PC ホストに流れる信号のことを Upstream と呼ぶ USB はホスト主導型のプロトコル 必ずホストがリクエストを出して ハブ & デバイスが答える構造 USB Cable + Shield VBUS D+ D- Ground 2

6 USB2.0 ベーシック - 信号のレベルと速度 信号速度 1.5Mbps 12Mbps 480Mbps 信号振幅 3.3V 3.3V 400mV 立ち上がり時間 75ns < Tr <300ns 4ns < Tr < 20ns Tr > 500ps 計算された信号の帯域幅 Max Max 5MHz Max 90MHz (BW=0.35/Tr) 700MHz 必要とされるオシロの帯域 (x 3 での計算 ) 15MHz 約 270MHz 約 2GHz USB2.0: 信号品質への新たなチャレンジ 高速信号を扱うため より高品質の波形が要求されるようになりました ユーザーに より高品質な製品を提供するため 仕様との適合性 を徹底させる方法が必要なりました USB-IF は USB2.0 コンプライアンステストを義務化しました テストに合格すると : 新ロゴが使用可能に インテグレーターズリストに登録可能に 新ロゴ 3

7 USB2.0 ベーシック - ロゴや表記について USB のロゴ Full/Low Speed 用ロゴ Hi-Speed 用ロゴ これはロゴではなく icon です ( 認定にはなりません ) ロゴの使用には Trademark License Agreement の締結が必要 USB の正しい表記 Hi-Speed の場合 Full Speed の場合 Hi-Speed USB2.0 High Speed USB2.0 Full Speed USB2.0 USB Full Speed USB2.0 Hi-Speed 様ご提供資料 USB2.0: テストの手法 USB2.0 Hi-Speed テストプロシージャ Agilent Infiniium オシロスコープ専用のテストプロシージャ USB-IF 認定のテストプロシージャ USB-IF のウェブサイトよりダウンロード可能 Infiniium オシロスコープ専用のテストプロシージャ : 日本語化済み 4

8 USB2.0: ダウンロードウェブサイト 本日のスケジュール USB2.0 ベーシック Agilent のコンプライアンステスト ソリューション コンプライアンステスト コンプライアンステストの詳細 : 電気テスト Full Speed Hi-Speed アドバイスとサマリ 5

9 Agilent USB2.0 オシロソリューション 時間のかかる従来の測定方法 テスト用 ソフトウェア データ転送 オシロスコープ 信号品質テスト Inrush Current テスト Droop/Drop テスト 差動プローブ USB 2.0 テストフィクスチャ HS Relay 90Ω DUT 従来の作業の流れ 1. PC と DUT の通信確立 2. オシロを手動で設定 3. 波形の補足と PC への転送 4. データの加工 5. データの変換 (.tsv タイプ ) 6. Matlab スクリプトのインストール 7. Matlab での複雑な解析作業 6

10 速くて正確! Agilent のソリューション Agilent Infiniium USB テストオプションを使用した場合 1. 制御用 PC と DUT の通信を確立 2. 波形を捕捉 3. USB を Infiniium 内で起動させるだけ! Agilent の USB2.0 総合ソリューション Agilent ならコンプライアンステスト以上のソリューションもご提案いたします TDR パルスジェネレーター オシロスコープ ロジアナ + 解析プローブ マルチメーター SQiDD フィクスチャー Hi-Speed フィクスチャー USB2.0 スタートアップトレーニング 7

11 本日のスケジュール USB2.0 ベーシック Agilent のコンプライアンステスト ソリューション コンプライアンステスト コンプライアンステストの詳細 : 電気テスト Full Speed Hi-Speed アドバイスとサマリ USB2.0 コンプライアンステストとは USB-IF によって決められた認証試験項目を決められた試験手順 ( テストプロシージャ -) に準じて行うテストです ( ) テストは最新の市場状況に合わせて更新されていくもので 固定 ではありません テストは対象者を 落とすため にあるのではありません 安全で信頼性の高い USB 市場を作り上げるためにあります Hi-Speed USB2.0 を含んだテストプロシージャは 2001 年 12 月より提供されています テストは USB-IF 主催の USB ワークショップ ( 通称プラグフェスト ) か USB-IF 認定のテスト機関で受けることが出来ます USB 1.1 USB

12 USB2.0 コンプライアンステストとは USB2.0 の仕様書 USB2.0 テスト仕様書 USB2.0 テストプロシージャ : 各ドキュメントの関係 USB2.0 コンプライアンス テスト The USB2.0 コンプライアンステストの内容 Device Framework Test Interoperability Test Electrical Test 9

13 USB2.0 コンプライアンス テスト合格率 : 66.7% 不合格率 : 33.3% (2002 年 6 月調査 ) 不合格の内訳 40% 29% 31% 様ご提供資料 Electrical Device Framework Interoperability USB2.0 Device Framework Test 仕様書の Chapter 9 を検証 USB CV が必要 USB CV を使用するには Hi- Speed ホストと Hi-Speed ハブが必要になります 10

14 USB2.0 Interoperability Test The Golden Tree (2003) Windows XP Windows 2000 (Windows 98 は HS ではサポートされていません!)! USB2.0 Interoperability Test 不合格の内訳 Device Enumeration Fail: 11.3% Suspend 復帰後の Device Operation Fail: 17.0% Switch Testing to OHCI Fail: 13.2% Gold Tree Devices との同時 Operation Fail: 13.2% Topology Change Fail: 11.3% (2002 年 6 月調査 ) 様ご提供資料 11

15 本日のスケジュール USB2.0 ベーシック Agilent のコンプライアンステスト ソリューション コンプライアンステスト コンプライアンステストの詳細 : 電気テスト Full Speed Hi-Speed アドバイスとサマリ USB2.0 Electrical Test ( デバイスの場合 ) 1. Full/Low Speed Signal Quality( デバイス ハブ ホスト ) 電圧レベル クロスオーバータイム アイパターンの確認 1HS ハブ + 4 FS ハブを使用 ( 従来の Intel CHUB は販売完了になりました ) 2. In-rush Current ( デバイス ハブ ) FS/LS Upstream 機器の損傷を防ぐため バスパワーのUSB 機器の in-rush current を測定 3. Droop/Drop ( ハブ ホスト ) 各ポートの電圧変化を測定 4. Backdrive voltage ( デバイス ハブ ) Vbus を切断したときの D+/D-/Vbus の電圧測定 5.Hi-Speed USB2.0 Test Hi-Speed 信号品質 Reciever Sensitivity and Squelch Packet Parameters Timing tests & その他 HS 12

16 USB2.0 Electrical Test: 必要なツール HS Electrical Test Tool Electrical Test USB-IF 推奨テスト PC 構成 : Pentium III クラスまたは同等の CPU 128MB 以上のメモリ PCI Rev. 2.2 拡張スロット付のマザーボード インターネットアクセス用 LAN ポートまたはモデムポート USB-IF のエレクトリカルチームは Intel D815EEA マザーボードを使用 Windows 2000 XP USB2.0: The Signal Quality Test 5 段ハブがテストに使用されます USB Plugfest 会場 (Full Speed 波形品質テストルーム ) 13

17 USB2.0 ベーシック - アーキテクチャ USB の基本アーキテクチャ Down stream Host / System Hub Up stream Devices 差動信号 ケーブル長の最大は 5 メートル 5 段のハブまでサポート PC ホストからデバイスに流れる信号のことを Downstream と呼ぶ デバイスから PC ホストに流れる信号のことを Upstream と呼ぶ USB はホスト主導型のプロトコル 必ずホストがリクエストを出して ハブ & デバイスが答える構造 USB Cable + Shield VBUS D+ D- Ground FS/LS 波形品質ストのセットアップ方法 Upstream Test のときの設定 Host / System Up stream Hub Devices 5m のケーブルが使用されます USB システム (PC) HS ホスト HSHUB HUB HUB HUB HUB SQiDD テストフィクスチャー FS テストのときは 隣接したデバイスの D+ を Ch3 に接続する必要があります D+ : CH2 D- : CH1 隣接デバイス テストデバイス 14

18 FS/LS 波形品質テスト用新ツール HS Electrical Test Tool FS 波形品質テスト マーカーは自動的にデバイス側のパケットの周りに表示されます また 手動で動かすこともできます 測定にはパッシブプローブを使用 ( マーカーはパケットの 1 ビット前と後に設定してください マーカー内のデータが解析されます ) 15

19 Full Speed USB2.0 テスト結果の例 見方 Far End Full Speed Signal Data and Common Mode Voltage Overall result: pass! Signal eye: *** eye failure! (14 data points violate eye) *** *** waiver granted. *** EOP width: ns EOP width passes Receivers: reliable operation on tier 6 receivers pass Measured signaling rate: MHz signal rate passes Waiver Granted の意味 : 使用を完全に満たしていないが 許容範囲としての合格 Crossover voltage range: V to V, mean crossover V (first crossover at V, 10 other differential crossovers checked) *** crossover voltage failure! *** (minimum V, maximum V) *** waiver granted *** Consecutive jitter range: ps to ps, RMS jitter ps Paired JK jitter range: ps to 0.00ps, RMS jitter ps Paired KJ jitter range: ps to 0.00ps, RMS jitter ps *** jitter failure *** (max consecutive jitter ps, max paired jitter ps) *** waiver granted *** テスト結果の表の見方 -1 Measured items D+ green D- blue common mode voltage Crossover location purple yellow diamond eye diagram yellow reference point circle eye violation red dots 16

20 テスト結果の表の見方 -2 Measured items D+ green D- blue common mode voltage Crossover location purple yellow diamond eye diagram yellow reference point circle eye violation red dots Full Speed USB2.0 テスト結果の例 例 : クロスポイントによる不合格 D+ と D- が EOP でクロスしているため 新たなクロスポイントが生まれてしまいました 17

21 情報 :Matlab Script ver vs 現在 Intel のリリースしている ver 2.01 では Inrush Current テストが必ず落ちるというバグがあります 本バクが修正され次第 Agilent のソリューションも ver2.01 を採用します 上記のバグを承知の上でいち早く ver2.01 をお使いになりたいお客様は Agilent にご連絡ください 本日のスケジュール USB2.0 ベーシック Agilent のコンプライアンステスト ソリューション コンプライアンステスト コンプライアンステストの詳細 : 電気テスト Full Speed Hi-Speed アドバイスとサマリ 18

22 Hi-Speed USB2.0: 必要な計測器 2GHz 帯域 5GS/s 以上のオシロスコープ Infiniium 54846B / 5485xA シリーズリアルタイム オシロスコープ Infiniium DCA 86100B A TDR TDR テストはオプション テストです 帯域 1.5GHz 以上の差動プローブ InfiniiMax 113xA 差動プローブシリーズ 480Mbps 以上の速度を出せるパルジェネ 81130A/32A パルスジェネレーターシステム HS 波形品質ストのセットアップ方法 差動プローブ HS Relay 90Ω DUT HS Electrical Test Tool を使います Tool により DUT が Test Mode に入った後 (DUT がテストパケットを出力 ) フィクスチャーのリレーを使ってホストを切り離し 差動 90Ω の終端にターミネートします 19

23 Hi-Speed パケットストラクチャー 信号電圧 : 差動 400mV SYNC bit: 32bit ( 最短 12bit ) idle : SE0( シングルエンド 0) EOP の定義 : ビットスタフィングなしの NRZ SYNC PID(IN) ADDR ENDP CRC EOP 差動プローブで測定 Hi-Speed のプロービング InfiniiMax 用変換アダプタが必要 +/- の極性を間違えないこと (D+/D-) ノートパソコンなど グランドが取れない PC を使うときは 差動プローブのグランドを接続する必要がある場合があります 20

24 Hi-Speed 波形品質測定 測定範囲 ( マーカーは自動的に出ますが 微調整が必要な場合は パケットの 4 ビット前と後にセットしてください ) デバイスからのテストパケット ( デバイスはテストモードに入っています ) Hi-Speed USB2.0 テスト結果例 Near End High Speed Signal Quality Test Results for test1hs For details on test setup, methodology, and performance criteria, please consult the signal quality test description at the USB-IF Compliance Program web page. Required Tests Overall result: pass! Signal eye: eye passes EOP width: 7.98 bits EOP width passes Receivers: reliable operation on tier 6 receivers pass Measured signaling rate: MHz signal rate passes Additional Information Consecutive jitter range: -48.5ps to 39.7ps, RMS jitter 17.7ps Paired JK jitter range: -32.8ps to 34.8ps, RMS jitter 13.2ps Paired KJ jitter range: -41.9ps to 63.4ps, RMS jitter 19.7ps 21

25 Hi-Speed USB2.0 テスト結果例 Near End vs. Far End デバイスの Upstream データ (B コネクタ upstream ポート ) はアイパターンテンプレート ( 仕様書参照 ) の TP3 を使います (Near End) キャプティブケーブル付のデバイスはアイパターンテンプレート ( 仕様書参照 ) の TP2 を使います (Far End) ( 例では 5m のキャプティブケーブルを使用 ) アイパターンの見方 setup hold Loss/Noise Jitter Loss/Noise Jitter 1 UI =2.083ns (480Mbps) 22

26 Hi-Speed 波形品質向上のデザインアドバイス 基盤のレイアウトに注意! 差動ラインは等長 等間隔で引くこと スタブ ( 終端されていない伝送路 ) は極力避けること 正しい EMI 対策部品を選択することが大切です! フェライトビーズなどのローパスフィルターは使わないこと コモンモードチョークがベストだが 正しい特性のものを選択すること グランド レイアウトに注意! V I noise, Lm = noise, cm = Lm di dt Cm dv dt Hi-Speed 波形品質向上のデザインアドバイス インピーダンスの不整合は 波形をなまらしたり ジッタを増加して アイパターンを崩す可能性があります ボードのレイアウト グランドのとり方がディターミニスティックジッターの増加につながる可能性があります ( 図では 2 つのピークのジッタヒストグラムが見えます ) 23

27 Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 1 差動アイパターンのみではなくシングルエンド測定も重要! Ch 1 : D-, Ch2 : D+ (D+) (D-) コモンモードチョークの選択を誤ると HS の信号品質に影響を与えることなく FS の信号品質を乱している可能性があるので 要注意です Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 1 差動アイパターンのみではなくシングルエンド測定も重要! D+/D- にスキューがあった時 1.5 D+: D-: 差動 : 理想の波形 D- に50% のスキュー D- に 25% のスキュー D- に 75% のスキュー

28 Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 1 差動アイパターンのみではなくシングルエンド測定も重要! D+/D- にスキューがあった時 1.5 理想の波形 D+: D-: 差動 : D- のレベルが 90% のとき D- のレベルが 80% のとき Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 1 差動アイパターンのみではなくシングルエンド測定も重要! D+/D- にスキューがあった時 1.5 理想の波形 D+: D-: 差動 : D+ の立ち上りが遅いとき D+ の立ち上りと立下りが遅いとき

29 Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 1 差動アイパターンのみではなくシングルエンド測定も重要! 質問 : 下記の差動信号 アイパターンだけ見て波形の問題分かりますか? D+: D-: 差動 : D- に 25% のスキュー 答え : D+ の立ち上りが遅いとき Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 1 差動アイパターンのみではなくシングルエンド測定も重要! 差動信号は 2 つの信号線の電位差を測定するために 差動伝送は同相ノイズに強のですが D-/D+ に単独で乗ってくるノイズ ( 例 : トランスミッター内での各信号戦独自の問題 ) には弱いのです 同相ノイズとは 差動伝送の + 側と - 側に同時に乗るノイズ 差動ノイズは逆に + 側と - 側に異なるノイズが乗るものです これも D+/D- 単独で見なければ問題の原因はわかりません D- D+ 差動信号は 同相ノイズに強い = 同相ノイズ = 差動ノイズ 差動 26

30 Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 2 プローブ プローブアクセサリの選択がキープローブは信号波形を歪ませることがある プローブも測定系の一部なので その特性によっては信号の波形を歪ませてしまうことがあり得えます 手順に沿ったプローブを選択して使うことも重要な要素です プローブによる信号の歪み (USBの信号ではありません ) 非測定物本来の波形 プローブの影響で減衰した波形 プローブの影響で変わってしまった出力 Hi-Speed 波形品質向上の測定アドバイス 2 プローブ プローブアクセサリの選択がキープローブの特性は接続アクセサリによって変わる SMA 直結の波形 プローブの負荷の乗った SMA 直結の波形ダンピング抵抗付きプローブの波形 ダンピング抵抗無しプローブの波形 27

31 USB2.0 波形品質テスト不合格内訳不合格の内訳 Signal Eye (Eye Pattern) Fail 37.5% End of Packet Width Fail: 62.5% (2002 年 6 月調査 ) 様ご提供資料 その他の Full/Low Speed Electrical Tests Inrush Current Test セルフ & バスパワーのデバイス & ハブ (Upstream ポート ) 製品が対象 Upstream 製品の保護のためのテスト オシロで表示されるデータ単位は ma これを μc に換算する必要があります 最大値は 50.0μC (waiver: 200μC) 28

32 その他の Full/Low Speed Electrical Tests Droop/Drop Test ホストとハブ (Downstream) のためのテスト 仕様 曰く The target maximum droop in the hub V BUS is 330mV Backdrive voltage ハブ (Upstream) とデバイス用のテスト 仕様 曰く No Device Shall Supply Current on VBUS at any time デバイス ハブがホストに接続されていないとき D+ D- V BUS ともに電圧が.4V を超えないこと その他の Hi-Speed Electrical Tests 必須テスト項目 Packet Parameters Receiver Sensitivity and Squelch Test J and K Voltage Test (*) CHIRP Test(*) Suspend/Resume Test (*) (*) 使用するシリコンが認証済みの場合はシリコン名を記述するだけでテストはされません オプションのテスト ( 合否に関係は無し ) Time Domain Reflectometry ( TDR ) Test 29

33 Hi-Speed USB 2.0 パケットパラメーターテスト テスト方法 : DUT を HS Electrical Tool で操作 DUT の応答パケットを解析 EL_22 仕様 : パケット間の ギャップ は 8 ビット以上 192 ビット以下であること EL_21 仕様 : SYNC は 32bit EL_25 仕様 : EOP は 8 bit NRZ Hi-Speed USB 2.0 タイミングテスト Hi-Speed USB2.0 CHIRP, Suspend/Resume/Reset オシロスコープ パッシブ アクティブプローブどちらでも OK 90Ω Hi-Speed USB2.0 テストフィクスチャー DUT 30

34 Hi-Speed USB 2.0 タイミングテスト USB2.0 製品の転送モードの判別 : Full モードから High Speed モードへの切り替え Rpu が USB 製品が Full Speed か Low Speed かを決定 (D+ = Full / D- = Low) Rpu が D+ ( つまり FS と判別 ) したとき Chirp Handshake を開始 製品が Hi-Speed ならば, Rpu が切り離され USB 製品は Hi-Speed モードで通信をはじめる Hi-Speed USB 2.0 Chirp Test Reset duration Device s Chip Latency (2.5us <-> 3ms) Chirp KJKJKJ (Within 500us) Device turns on HS termination CHIRP K Duration HS termination assertion CHIRP K (1ms <-> 7ms) EL_29 仕様 : chirp K 継続時間は 1ms 以上 7ms 未満 31

35 Hi-Speed USB 2.0 Suspend/Resume Test サスペンド タイミング リズーム タイミング EL_38 仕様 : デバイスは 3ms のアイドル時間の後 125us 以内に Full Speed で終端すること EL_39 仕様 : デバイスはサスペンド ステートをサポートしていること (D+ = > 2.7V) EL_40 仕様 : デバイスはリズームできること 仕様には2ビット時間でリズームすることとあるが SOF が確認できればよしと合格 Hi-Speed USB 2.0 Reset Test Device CHIRP K EL_27 仕様 : デバイスが サスペンド状態以外の HS モードからリセットするときは 3.1ms 以上 6ms 以下の時間内に Chirp Handshake を送信すること EL_28 仕様 : デバイスが サスペンド状態または FS モードからリセットするときは 2.5us 以上 3ms 以下の時間内に Chirp Handshake を送信すること 32

36 Hi-Speed USB 2.0 Receiver Sensitivity パルスジェネレーター オシロスコープ 差動プローブ HS Relay SMA DUT HS Electrical Tool Kit を使用してデバイス ハブを SE0_NAK モードに設定 パルジェネから In Token を送信してテスト デバイス ハブは 100mV 以下では反応してはならない また 150mV 以上で反応すること Hi-Speed USB 2.0 Receiver Sensitivity Data generator Packet Device response Packet EL_18 EL_17 Note: EL_16 Note: 仕様 : Hi-speed デバイスは 12 bit SYNC パケットに反応すること仕様 : High-speed デバイスは 受信信号の差動振幅が150mV を超えた場合 スケルチ状態を示してはならない waiver: 150mV +/-50mV 仕様 : Hi-speed デバイスは 受信信号の差動振幅が100mV 以下になった場合 スケルチ状態になること (32bit SYNC パケットを使用 ) Waiver: 100mV +/-50mV 33

37 本日のスケジュール USB2.0 ベーシック Agilent のコンプライアンステスト ソリューション コンプライアンステスト コンプライアンステストの詳細 : 電気テスト Full Speed Hi-Speed アドバイスとサマリ USB2.0 の測定アドバイス 1. High Speed テストでは. 400mV という微小の高速信号を扱います FS/LS を測定するとき以上に測定環境に注意を払う必要があります 1. 測定前のキャリブレーションの実行 ( 測定器本体 & プローブ ) 2. テスト用に用意されたテストフィクスチャーの使用 3. オシロ & プローブに十分な帯域があることを確認 2. プリ コンプライアンステストを実験しているときに迷った場合 ( どのテストを行うべきかなど ) は 常に USB-IF テストプロシージャを参考にすること テスト仕様書 (Test Specification) にある項目を必ずしも行う必要があるとは限りません 3. USB の信号品質を測定し トラブルシュートするには差動信号の振る舞いを理解することが一番の近道です 差動プローブでアイパターン測定を行うコンプライアンステスト方法は 一目で情報を見分けることのできる良い方法ですが 詳細のデバッグには D+/D- ラインを単独で見ていく必要もあります 34

38 サマリ 1 1. USB-IF は USB のロゴを使用するためにコンプライアンステストを義務化 市場でもコンプライアンステストは定着化 製品の実力を測るためのベンチマークのためにも最適 2. USB コンプライアンステストは プロトコル層と物理層の検証を含みます 従来の デジタル エンジニア と呼ばれる方々には 高速デジタルの物理層評価は新しいチャレンジとなり よりアナログ的な考え方が必要となります 3. 物理層の評価を行うときには 使用するコンポーネントデバイス 伝送路特性 伝送路の引き回しなど様々な要因が信号品質に影響を与えます 使いたい機能を使いたいときにすぐに使えるオシロスコープを所有することが評価の効率を上げるためにの最短の近道です サマリ 2 Agilent USB のソリューションはコンプライアンステストで終わりません トータルソリューションでサポートいたします TDR パルスジェネレーター オシロスコープ ロジアナ + 解析プローブ マルチメーター SQiDD フィクスチャー Hi-Speed フィクスチャー USB2.0 スタートアップトレーニング 35

39 DVI 規格の概要と測定手法 Rev1.0 July 18, 2003 presented by: Ginga Nagamine Application Engineer アジェンダ はじめに ~ DVI の現状 DVI の仕様とコンプライアンス テスト インターオペラビリティの検証 36

40 DVI とは? ビデオディスプレイ向けのディジタルインタフェース PC Display Cable/Connector Video/Graphics Card Projector DVI 規格について DVI(Digital Visual Interface) は DDWG(Digital Display Working Group) によって 1999 年に策定されたディスプレイのディジタルインターフェースの標準規格のこと DDWG は 主要な PC メーカ (Intel, Silicon Image, Compaq, Fujitsu, HP, IBM, and NEC) が中心となって運営する標準化推進団体 主に Silicon Image が中心となってプロモーション 37

41 トレンド モチベーションとチャレンジ ディスプレイのディジタル化によるメリット 高画質 小型化 (DAC /ADC の削減 ) コンテンツ プロテクション ( 暗号化 コピープロテクト ) 製品設計におけるチャレンジ 大画面 伝送距離 ( ケーブル長 ) インターオペラビリティ 物理層の検証 測定方法の理解 ビデオディスプレイ高画質への要求 解像度 色数 1600x1200 dot : UXGA 1280x1024 dot : SXGA 1024x768 dot : XGA 800x600 dot : SVGA 112MHz 65MHz 165MHz 32bit color 4,294,967,295 color 24bit color 16,777,215 color 16bit color 640x480 dot : VGA 25MHz 40MHz 8bit 256 color 4bit 16 color 1 フレームの情報量の増大 / 高速伝送が必要 38

42 ディジタル化への移行 ノート PC の液晶インタフェース DAC/ADC から LVDS Display Link へ 非常に堅牢なデザイン ( ほとんどのケースで デザインガイドどうりにつくればほぼ完全に動作する ) 多数のデザインに採用 デスクトップ PC のディスプレイインタフェース VESA 規格 DAC/ADC から DVI 規格 T.M.D.S. Link へ SXGA までは Analog UXGA から DVI が有効 PC ディスプレイのみ デザイン / アプリケーションにおける課題が多い マルチメディア向けインタフェース HDMI DVI の問題点 コンプライアンステストだけで DVI の完全なインターオペラビリティが保証できますか?? 39

43 DVI 1.65Gbps? 高速になるとさまざまな新しい問題が発生します 技術的な観点 ギガクラス伝送が難しい仕様 ( 基本設計 ) 伝送距離 インターオペラビリティの保証 ( 問題の切り分け方法 ) 不要輻射ノイズ (GND を通る高速 ハイパワーの電流ループ ) 製品に最適な測定 評価方法の確立 高周波測定の経験が必要 デザインの難しさを考慮した 正しい評価方法による電気特性の評価 デザイン検証がすべての基本 40

44 DVI 信号に必要な評価は? 高速パルスの正確な補足 PLL 外部リファレンスからのクロックジッタの影響 パターン依存のジッタ 電源の急激な変動 グランドバウンスの影響 コネクタ部分のインピーダンスコントロール インタースキュー イントラスキュー Gfx カードからの SSCG のもれ タイミング測定だけでなく シグナル インテグリティを考慮した測定環境が必要 DVI 信号を正確に補足するには? 最低 2.1GHz 5.25GSa のオシロスコープが必要 (*) DVI1.0 SPEC より抜粋 Tr/Tf(20-80) = 75ps ~ 0.4Tbit < 計算例 : 必要な帯域の推定 > UXGA 165MHz の伝送の場合 Tbit : 1.65Gbps 660ps Tr/Tf(20-80) : 0.4Tbit x 660ps = 264ps 0.4/264ps = 1.5GHz オシロスコープに必要な帯域とサンプリング スピード帯域 : 1.4 x 1.5GHz = 2.1GHz サンプリング スピード = 2.5 x 2.1GHz = 5.25GSa * ブリックウォール特性のオシロスコープでの計算例 41

45 デバイスの SPEC 比較 枠で示した値までは 測れる必要がある Tr / Tf (min Typ max) DVI1.0 Transmitter Rise/Fall Tbit ps Sil164 Transmitter Shlt/Slht ps THC63DV164 Tslh/ Tshl ps Vidiff DVI1.0 Receiver(min Typ max) Vidiff mv Sil161 Receiver Vidiff mv THC63DV161 Receiver Vidiff mv TFP401A Vidiff mv アジレントの DVI 向けソリューション 1. コンプライアンステスト ソリューション DVI Test and Measurement Guide に基づく 2. 特性評価ソリューション DUTの真の挙動をつかむための プロービングをふくめた広帯域オシロスコープ システム 42

46 1. コンプライアンス テスト ソリューション DVI Test and Measurement Guide に基づくテスト DDWG Fixture を使用 サンプリング オシロスコープによる測定例 2. 特性評価ソリューション リアルタイム オシロスコープ専用ソフトウェアツール 任意の定倍数 (2.5 倍 10 倍 7 倍等 ) のアイ パターンに対するマスクテスト Fail Analysis 機能 パラメータの簡易自動抽出 Pass/Fail レポーティング機能 PLL エミュレーション機能 (E2688A 使用, 1 次及び 2 次ループフィルタ ) DVI Test Utility( 開発中 ) + E2988A Serial Bus Mask Test Tool + E2681A Jitter Analysis Tool ( 画面は開発中のイメージです ) 43

47 E2688A Serial Data Analysis / Mask Testing with Clock Recovery Infiniium シリーズ専用 ソフトウェアによる Golden PLL clock recovery 機能の提供 ウィザードによる簡単セットアップ リアルタイム Eye Diagram 表示 Recover clock 表示 マスクファイルの提供 (PCI Express, Serial ATA, Fibre Channel, Ethernet Family) アジェンダ はじめに ~ DVI の現状 DVI の仕様とコンプライアンス テスト インターオペラビリティの検証 44

48 DVI 仕様 DVI 仕様書 T.M.D.S. Protocol Specification(Section 3) 電気特性テストガイド T.M.D.S. Electrical Specification(Section 4) Physical Interconnect Specification(Section 5) DVI Test and Measurement Guide DDWG Electrical Test Working Group T.M.D.S.(Transition Minimized Differential Signaling) DVI の接続形態と T.M.D.S Link DVI1.0 p24 より抜粋 最大 1.65Gbps Tr(20-80)=75ps の高速パルス 差動 4ch 伝送 (Data 3ch + Clk 1ch) Single Link(165MHz 24bit color まで ) と Dual Link( 制限なし ) あり 3.3V CML 50ohm 終端 Open drain 出力 差動不平衡対称伝送 パラレル側は R/G/B 各 8 bit + Hsync+Vsync + Ctrl0/1/2/3 ドライバ側は T.M.D.S TXC+- の SS 変調可能 ( オプション ) レシーバ側は PLL ループ帯域 4MHz 近傍でクロックを再生 45

49 Tpixel, Tbit の定義 Tpixel(1clock) Tbit (1UI) コントロール信号と画像データ 10 ビットを 1clock にマルチプレックスして伝送 シングルリンクの場合 165MHz max 伝送路上に出力された 1 ビット分のデータレート シングルリンクの場合 1.65Gbps max (Tpixel の 10 倍 ) T.M.D.S. キャラクタ コーディング DVI では T.M.D.S. エンコーディングという特殊なキャラクタ コーディングを使用 Tx パラレル側で 10 ビットデータをコーディング後 10 倍にマルチプレックスしてシリアルラインに伝送 Rx パラレル側でデコードして画像データ戻す 一般的なシリアル通信で 5B4B/8B10B や scramble といったコーディングが使われている Encode algorithm 例 : PCI Express, InfiniBand, Ethernet Family(10,100,GbE) Decode algorithm DVI1.0 SPEC pp29-31 より抜粋 46

50 コンプライアンス テストの測定項目 Type Transmitter Transmission Line Receiver Product LSI(MUX) Component Video Test Tool Set(PC, Video card, etc ) Cable Assembly Connector PCB(Transmitter & Receiver Network) LSI(DeMUX) Component Set (Display, projector, etc ) Test & Measurement Oscilloscope TDR/NA Video Test Tool Rise/Fall Time Intra-skew Inter-skew Clock Jitter Eye Pattern Intra-skew Inter-skew Eye Pattern Or NEXT/FEXT Attenuation Intra-skew Delay Zdiff Check to see (or PERT) Zterm 測定用治具とテスト ポイント オシロスコープを使用する測定では DVI Test and Measurement Guide の TPA-P, TPA-R ボードを使用可能 TP2 TP3 Transmitter Transmitter Cable Reciever Receiver Network Assembly Network TPA-P (Plug) TPA-R (Receptacle) TPA-P/TPA-R ボードは DDWG Web のオーダーフォームから入手可能 47

51 治具の回路図 DDWG 治具は終端と Clock Recovery を提供 5V or 3.3V with Jumper config TPA-P/TPA-R 治具 Transmitter Network or Cable Assembly Rx0+ Rx0- Rx1+ Rx1- Receiver Network or Oscilloscope Clk Recovery PLLCLK RxC+ Rx2+ Rx2- RxC- アイ パターン測定 トランスミッタのセットアップ例 (TP2マスクで評価) テスト対象 PC TPA-P DVI-Plug Rx+ Rx- Clk 広帯域低容量 FET プローブ ( 必須 ) または差動プローブ 広帯域オシロスコープ (54855A/86100B 等 ) TPA-P SMA ケーブル PCまたは Video Card へ Rx0 ~ Rx2 プロービングポイント Clock Recovery 回路 SMA コネクタ (4Tbit(2.5 倍 )) ( 注意 : 写真は TPA-R) 48

52 アイ パターン測定結果 DDWG 治具によりコンプライアンス基準での測定が可能 リアルタイムオシロスコープの結果 Infiniium 54855A 1134A 7GHz InfiniMax probe サンプリングオシロスコープの結果 86100B A 1134A 7GHz InfiniMax probe Rise / Fall Time Half Clk pattern を使用 TP2で Tr(20-80) と Tf(20-80) をそれぞれ測定 リアルタイムオシロ用ジッタ解析パッケージも活用可 Tr= 75ps の高速パルスが捕捉できる広帯域オシロスコープが必要 各パルスの Tr/Tf を自動測定 DVI のシリアルリンク 4ch 同時 20GSa 測定で測定効率大幅 Up! mean,max,min,rms を統計表示 のパラメータ測定が 4ch パラレルに走ります 49

53 Intra-skew / Inter-skew Intra-Skew を評価 Rx+ と Rx- の Top-Base の 50% ポイントで評価 最悪値を記録 オシロスコープの Time 測定機能で自動測定可能 TP2 Intra-skew: 0.15Tbit, Inter-skew: 0.2Tpixel TP3 Intra-skew: 0.4Tbit, Inter-skew: 0.6Tpixel Clock Jitter の測定 E2688A により 4MHz 近傍のループ帯域で 165MHz のクロックを再生 再生した Recover Clock でスコープをトリガ 元の 165MHz のクロックのトータルジッタを測定 TP2: 0.25Tbit, TP3: 0.3Tbit 165MHz Total Jitter Clock 165MHz E2688A (1 st / 2 nd Order PLL with Loop BW = 3.2 ~ 4.8 MHz 20dB/dec) Recovered Clock Scope Trigger 50

54 Clock Jitter の測定結果 DVI Clock Recovered Clock ( 画面は開発中のイメージです ) ケーブル測定 Skew :Half Clock Pattern を使用し 2 つのシングルエンドプローブで Rx0~2±, RxC± のすべての線路間の信号の Time を測定 (Intra-skew: 0.25Tbit Inter-skew: 0.4Tpixel) Eye Pattern : TP3 マスクにかからないこと Equivalent Source パルスジェネレータ等 広帯域オシロスコープ テスト対象ケーブル Fixture Tx+ Tx- Clk DVI-Rcpt 広帯域低容量 FET プローブまたは差動プローブ TPA-R DVI-Rcpt Rx+ Rx- Clk SMA ケーブル 51

55 テスト用波形の作成のセットアップ テスト用波形作成用のマスクテンプレート Cable Test Low-amplitude Eye Mask Cable Test High-amplitude Eye Mask パルスジェネレータ等 Equivalent Source 広帯域オシロスコープ 広帯域低容量 FET プローブ Fixture Tx+ Tx- Clk DVI-Rcpt TPA-R DVI-Rcpt Rx+ Rx- Clk SMA ケーブル 別の評価方法 ネットワークアナライザ及び TDR オシロスコープによる測定 Parameter Near End Crosstalk Far End Crosstalk Differential Attenuation Intra-pair Skew Propagation Delay Differential Impedance Value 4% 3% 8dB at 825MHz 151ps 5.05ns/meter 100ohm±20% 52

56 PCB デザインと検証 インピーダンスの不整合は 基板 コネクタ チップ部品で特に顕著に起こります インピーダンスの不整合や損失により立ち上がりがなまったり ジッタの影響が大きくなります 基板のスルーインピーダンス Tr=75ps に対して差動 100Ω±20Ω w1 w2 w3 t e r h デザインの検証には TDR オシロスコープなどにより基板のインピーダンスの測定が必要 レシーバ測定 ディスプレイの目視確認試験が一般的 10^-9 の Pixel Error Ratio と等価な10 億 pixel をテスト Equivalent Source パルスジェネレータ等 60Hzのリフレッシュレートで 解像度ごとに目視試験に必要なテスト時間 Resolution Clock Freq Time VGA 25MHz 40sec SVGA 40MHz 25sec XGA 65MHz 15sec SXGA 112MHz 9sec UXGA 165MHz 6sec DVI ケーブル テスト対象ディスプレイ SMA ケーブル Fixture Tx+ Tx- Clk DVI-Rcpt 53

57 アジェンダ はじめに ~ DVI の現状 DVI の仕様とコンプライアンス テスト インターオペラビリティの検証 現状のテストにおける問題点 クロック リカバリの方法 インピーダンス コントロール 自動測定ツール ディスプレイの定量評価 54

58 クロック リカバリの方法 DDWG 治具は HW 回路 により Tbit の 4 定倍 (Tpixel の 2.5 倍 ) でクロックを再生 HW 回路の自体の特性 LSI の特性は 2 次のループフィルタに近い Odd bits 又は Even bits のみの評価 ソース シンクロナス伝送 Tbit に対するマスクテスト (Tpixel に対しては 10 個のマスク ) マザーボードやグラフィックスボードからのジッタや SSC の漏れの影響 DVI Test Utility による解析 DDWG 治具 リアルタイム データとクロック Tpixel クロック 4 定倍クロック 10 定倍クロック ( 画面は開発中のイメージです ) 定倍クロックの再生によるマスクテスト 55

59 Fail Analysis 拡大 縮小 ( 画面は開発中のイメージです ) Fail Analysis Duty Cycle の違反 ( 画面は開発中のイメージです ) 56

60 ジッタの測定 E2681A ジッタ解析ソフトウェア Waveform Jitter Histogram Dj Rj Jitter FFT Jitter Trend SSC の解析 Gfx カードからの SSC が漏れでてしまう場合 30kHz パルスジェネレータでのエミュレーション例変調周波数 : 30kHz <ポイント> 54855A のロングメモリにより遅い周期のSSCも高サンプリングレートで解析可能 (20GSa で SSC 20kHzまで可 ) 57

61 インピーダンス コントロール T.M.D.S. Data4+ T.M.D.S. Data4- T.M.D.S. Sheild2/4 T.M.D.S. Data2+ T.M.D.S. Data2- レセプタクル コネクタのピン配置 NA や TDR オシロスコープが有効 +5V Power Ground T.M.D.S. Data1- T.M.D.S. Data1+ T.M.D.S. Sheild1/3 T.M.D.S. Data3- T.M.D.S. Data T.M.D.S. Data0+ T.M.D.S. Data0- T.M.D.S. Data0- T.M.D.S. Data0+ T.M.D.S. Data T.M.D.S. Clock- T.M.D.S. Clock+ T.M.D.S. Sheild 自動測定ツール コンプライアンス条件の自動チェック HTML 形式の Pass/Fail レポート機能 ( 画面は開発中のイメージです ) 58

62 まとめ DVI = 高速ディジタル伝送 DVI の測定と評価には デザインの難しさと高周波測定に対する理解が必要 コンプライアンス条件のチェックは 広帯域オシロスコープ システムと専用治具で可能 インターオペラビリティの検証には +α のソフトウェアや測定器が有効 (Fail Analysis ジッタ解析ツールや自動測定 ) 59

63 ハイススピードプロービング ソリューション オシロスコープ測定におけるプロービング 2003 年 7 月アジレント テクノロジー ( 株 ) アクティブ回路での信号プロービング Click to Agilent edit 1158A Master Active subtitle Probe, style ( 推奨フィクスチャをしていない場合 ) プローブによる信号測定 ~ 1 GHz リンギングの原因? 実際の性能 人為的な誤差? 人為的な誤差の低減方法は? 200 psec rise time signal 1 nsec/div Courtesy of Mike McTigue and Dave Dascher, Agilent 60

64 シグナル インテグリティとは何か? Click to edit Master subtitle style ドライバ 3 インチの長さの PCB トレース レシーバ 伝送路の電気特性が如何にドライバ回路からの本来美しい信号をゆがめるか? 一般的なシグナルインテグリティの問題 1: Click to edit Master subtitle style もし信号が瞬間的にインピーダンスの変化を感じた時に 信号の一部は反射し 一部はひずむ リンギングの原因の多くは 終端でのインピーダンスの非連続性による多重反射である ドライバ 3 インチ長の PCB トレース レシーバ (low impedance) (~ 50 Ohms) (high impedance) 61

65 シグナル インテグリティ技法とは問題を見つけ 直すこと Click to edit Master subtitle style 3 インチ長の PCB トレース 3 インチ長の PCB トレース 直列終端 (~40 Ohms) 目的 & 内容 Click to edit Master subtitle style 目的 高速信号に対するオシロスコープ用プローブの特性を理解し 適切な波形観測ができるようになる 内容 アクティブ プローブの特性 等価回路モデル 特性の測定例 現実の接続アクセサリの特性 Agilentの新しいProbeのご提案 62

66 プロービングの影響 Click to edit Master subtitle style プローブはテスト対象回路の一部を形成 回路動作に影響を与える可能性 Z PROBE 無限大 プローブは測定したい信号を常に忠実に再現するとは限らない プローブ出力波形 プローブ入力波形の可能性 簡略化したプローブ負荷モデル Click to edit Master subtitle style 測定対象回路 プローブ Z source L SIGNAL R PROBE C PROBE L GROUND 抵抗性 容量性 誘導性負荷の影響を考慮する必要あり 63

67 プローブのインピーダンス特性とその影響 Click to edit Master subtitle style R Z 1 f RES = 2 π LC C 抵抗性 バイアス変化 振幅低下 オフセット変化 R PROBE 容量性 立上り時間変化 伝搬遅延増加 帯域幅低下 > 10 R SOURCE 最少プローブ容量 f RES L L/C 相互効果 共振 LC タンク Z 低下 f 最短で接続 (1nH/mm) 信号はプローブのインピーダンスをどう感じるか? Click to edit Master subtitle style プローブの入力インピーダンス測定 (VNA による測定 ) ( 推奨フィクスチャを使用していない場合 ) プローブの入力インピーダンスの特徴 実際に高インピーダンス < 100 MHz 容量性 > 500 MHz ほぼ 10 1 GHz! 多重共振 Courtesy of Mike McTigue and Dave Dascher, Agilent 64

68 プローブの回路モデル : Agilent ADS による結果 21 nh 26 nh Click to edit Master subtitle style Probe tip 123 ff 196 ff 667 ff 25k Ω 単純なモデルが実測のインピーダンス特性によく合致する 84 Ω 10 Ω Measured impedance Modeled impedance リンギングの原因は LC L の要因は長いリード (~ 5 cm x 10 nh/cm) モデル化されたものは回路への影響を調べることにも使用可能 Courtesy of Mike McTigue and Dave Dascher, Agilent Step 2: 抵抗によるリンギングの減衰 Click to edit Master subtitle style R damping Measured impedance looking into the probe with resistor without resistor R の評価は Q = 1 に基づく Q = 1 R L C R =100 ~ 250 Ω 抵抗の役割 : リンギングの低減 プローブインピーダンスを高く保つ 伝達関数の帯域の最適化 Courtesy of Mike McTigue and Dave Dascher, Agilent 65

69 プロービングの影響 ( デモ ) Click to edit Master subtitle style via probe with probe No probe CAL CH_1 CH_2 50Ω スルー基板 プローブ伝送特性の評価方法 Click 正確な方法 to edit Master subtitle style V IN を測定 V OUT を測定 V OUT / V IN を計算 66

70 例 : #1-2.5GHz Probes, 2 接続リード線つき Click to edit Master subtitle style 入力インピーダンス Ohms Frequency (Hz) Frequency (Hz) 10 9 例 : #1-2.5GHz Probes, 2 接続リード線つき Click to edit Master subtitle style 15 伝送特性 15 V OUT Amplitude (db) V IN Amplitude (db) V OUT V IN V OUT / V IN 0 V OUT / V IN Frequency (Hz) Frequency (Hz)

71 例 : #1-2.5GHz Probes, 2 接続リード線つき Click to edit Master subtitle style 66MHz クロック, 250ps 立上り時間 1 1 Volts 0 Volts Time (ns) Time (ns) 20 例 : #1-2.5GHz Probes, 2 接続リード線つき Click to edit Master subtitle style 250MHz クロック, 250ps 立上り時間 Volts 0 Volts Time (ns) Time (ns) 5 68

72 例 : #1-2.5GHz Probes, 2 接続リード線つき Click to edit Master subtitle style 500MHz クロック, 250ps 立上り時間 1 1 Volts 0 Volts Time (ns) Time (ns) 5 例 : #1-2.5GHz Probes, 2 接続リード線つき Click to edit Master subtitle style 750MHz クロック, 250ps 立上り時間 2 2 Volts 0 Volts Time (ns) Time (ns) 5 69

73 例 : #2-4GHz Probes, ソケット接続 ( 最短接続 ) Click to edit Master subtitle style 入力インピーダンス Ohms Ω Frequency (Hz) Ω Frequency (Hz) 10 9 例 : #2-4GHz Probes, ソケット接続 ( 最短接続 ) Click to edit Master subtitle style 5 伝送特性 5 0 V OUT 0 V IN Amplitude (db) V IN -6 6 V OUT / V IN +3 db at 2.8 GHz 0-3 db at 4.2 GHz Amplitude (db) V OUT -6 5 V OUT / V IN 0-3 db at 4.8 GHz Frequency (Hz) Frequency (Hz)

74 例 : #3-4GHz Probes, ブラウザ接続 Click to edit Master subtitle style 入力インピーダンス Ohms Ω Frequency (Hz) Ω Frequency (Hz) 10 9 例 : #3-4GHz Probes, ブラウザ接続 Click to edit Master subtitle style 5 伝送特性 5 0 V OUT 0 V OUT Amplitude (db) V OUT / V +3 db at 1.8 GHz IN V IN Amplitude (db) V IN -6 5 V OUT / V IN 0-3 db at 3.1 GHz -3 db at 3.5 GHz Frequency (Hz) Frequency (Hz)

75 オシロスコーププロービングまとめ 1 Click to edit Master subtitle style どんなプローブも回路動作に影響を与える可能性があるので それを最小限に抑えることが重要である プローブの接続アクセサリ ( リード線など ) が原因で波形再現性を著しく劣化させることがある 適切にダンピングされた抵抗を付加することにより波形再現性の忠実度を向上できる オシロスコーププロービングまとめ 2 Click to edit Master subtitle style 適切にダンピングされたプローブの例 : Infiniiumオシロスコープ用 1158/7/6A シリーズアクティブプローブ 1156A: 1.5 GHz 1157A: 2.5 GHz 1158A: 4.0 GHz 入力 R: 100 kω ダイナミック レンジ : > 5 V p-p オフセット レンジ : ± 15 V ただし また解決されていない問題が! 72

76 プロービングの使用形態とトレード Click to edit Master subtitle style 4 GHz 同軸グランドソケット接続は占有スペースが必要 3.5 GHz ブラウジング接続は個別グランドスペースが必要 1.5 GHz 5 cm ワイヤ延長接続はハンドフリーと接続困難なプロービングを実現 接続形態はプローブシステムの性能を左右します オシロスコーププロービングまとめ 3 Click to edit Master subtitle style 最短の接続距離で使用リード線数センチ分の余裕を ( 使い勝手や届く範囲に難あり ) 持った使用方法 ( 使い勝手優先 ) 従来のプローブ ( ダンピング抵抗無し ) 1158A シリーズ ( ダンピング抵抗付 ) 信号の忠実性 〇 帯域の維持 〇 〇 進化の流れ 従来のプローブ ( ダンピング抵抗無し ) 1158A シリーズ ( ダンピング抵抗付 ) 信号の忠実性 〇 帯域の維持 73

77 今までのアクティブプローブの問題点 Click to edit Master subtitle style オシロスコープ本体の帯域に達していない プローブ単体において差動 / シングルエンド双方で 同時に広帯域を達成できていない リード線等を延ばし使い易くすると 帯域が落ちる Agilent の新しい Probe InfiniiMax の紹介 ( これからのプローブの形 次世代プローブシステム ) Click to edit Master subtitle style プローブヘッドプローブシステム プローブヘッドの先端で帯域を保証いたします 1134A 7GHz 1132A 5GHz 1131A 3.5GHz プローブシステムの利点 プローブ1 本の価格で 二つの役割 プローブヘッドが壊れても プローブ全体の買い直しをする必要なし 74

78 InfiniiMax Probe System ( これからのプローブの形 次世代プローブシステム ) Click to edit Master subtitle style 使える プローブ システム 小さなプローブデモ 持ちやすく エルゴノミックスアダプターを用意 通常のプローブの届かない場所でもプローブ可能 ユーザーの使い易さ 実際のユーザの使い方を本位に設計 ハンズ フリーのプロービングもサポート 従来のアクティブプローブ : 例 1158A Click to edit Traditional Master Active subtitle Probe style Using Wire Accessories ダンピング抵抗 5 cm 1.3 m Probe Cable sig gnd L L L L L L 50Ω ZO = 50Ω Amplifier that is nominally flat with frequency Oscilloscope 50Ω ここの長さが帯域に影響を及ぼします 75

79 Agilent の新しいアクテイブプローブ InfiniiMax Active Probe Using Probe Heads Click to edit Master subtitle style ダンピング抵抗 sig gnd 5 mm 10 cm 50Ω Connector 200 ff 25KΩ Physically very small tip pc board with zero formed by parallel RC ZO=50Ω 50Ω Small gauge coax line 50Ω 1.3 m Probe Cable ZO = 50Ω Amplifier with a pole that matches the zero in the tip Oscilloscope 50Ω 帯域を落とさずにリード線の使いやすさを可能にした技術のはインピーダンスを 50Ω にコントロールされた同軸トランスミッションラインの採用にありました! InfiniiMax Architecture Click to edit Master subtitle style 従来のプローブとの比較 新発想! 着目点はここです 76

80 InfiniiMax 1130A Probe System ( これからのプローブの形 次世代プローブシステム ) 差動プローブの場合の等価回路図 Click to edit Master subtitle style 200 ff +sig -sig ZO=50Ω 25KΩ 50Ω + 50Ω RF Connector - 25KΩ 50Ω ZO=50Ω 200 ff 5 mm 10 cm Probe Amplifier 50Ω Oscilloscope ZO = 50Ω 50Ω Probe Cable InfiniiMax Probe System ( これからのプローブの形 次世代プローブシステム ) 1130A シリーズ帯域 : Click 1130A to edit シリーズ立ち上がり 立下り時間 Master subtitle style : 1130A シリーズシステム帯域 : 7GHz / 5GHz / 3.5GHz 61ps / 86ps / 123ps 1134A & 54855A = 6GHz 1132A & 54854A = 4GHz 1131A & 54853A = 2.5GHz 77

81 InfiniiMax Probe System ( これからのプローブの形 次世代プローブシステム ) Click 世界最高 to edit Master のパフォーマンス subtitle style 0.27pF 0.44pF 特性インピーダンスは 0 にならない! InfiniiMax Probe System ( これからのプローブの形 次世代プローブシステム ) Click to edit Master subtitle style プローブの特性の評価の方法の一つに Vin と Vout を比べる方法があります Vin とは真の信号 (Vsource = 信号源のそのままの値 ) にプローブの負荷が乗ったものを指し Vout とはプローブを通った後のオシロスコープで確認できる波形を指します 当然ながら この値が同じであることがオシロスコープメーカーに求められます また プローブの特性を示すもう一つの方法としては そのプローブの周波数特性をレベル vs. 周波数レンジで表す方法があります このグラフを確認することにより プローブの本当の帯域 ( = レベルが -3dB になる地点 ) とプローブの応答性 ( 本当に全帯域においてレベルを維持できるか ピーキングが起こっていないか ) が確認できます 78

82 Pulse Response for 10cm solder-in probe head Click to edit Master subtitle style 1.2GHz Clock, 100ps Risetime Vsource Vin Vout 200ps/div InfiniiMax Probe System ( これからのプローブの形 次世代プローブシステム ) Click to edit Master subtitle style 測定例 : 2.5Gbps の信号を測定 信号を SMA で直結 ダンピング抵抗無しの 10cm リード線つきの差動プローブで測った信号 1130A InfiniiMax 差動プローブでの信号 79

83 オシロスコープ プロービングまとめ 4 最短の接続距離で使用リード線数センチ分の余裕を Click to edit Master subtitle style ( 使い勝手や届く範囲に難あり ) 従来のプローブ ( ダンピング抵抗無し ) 1158A シリーズ ( ダンピング抵抗付 ) 1134A シリーズ ( ダンピング抵抗 + プローブヘッド付 ) 信号の忠実性 〇 〇 帯域の維持 〇 〇 〇 進化の流れ 持った使用方法 ( 使い勝手優先 ) 従来のプローブ ( ダンピング抵抗無し ) 1158A シリーズ ( ダンピング抵抗付 ) 1134A シリーズ ( ダンピング抵抗 + プローブヘッド付 ) 信号の忠実性 〇 〇 帯域の維持 〇 アジレントのオシロスコープ製品の位置付け Click to edit Master subtitle style 体価格(万円周波数帯域本700 ) xシリース 60/100MHz 200MS/S 5464xシリース 350/500MHz 2Gs/s Infiniium 5483x/5484xシリース 600M~2.25GHz 2Gs/s~8Gs/s Infiniium 54853A/54854A/54855A 2.5GHz/4GHz/ 6GHz 20Gs/s 80

84 Agilent Infiniium Click to edit Master subtitle style New Model BW Channel s Sample Rate Per Channel Standard Mem/Ch Optional Mem/Ch 54853A 2.5GHz 4 20 GSa/s 256K 1M/32M 54854A 4 GHz 4 20 GSa/s 256K 1M/32M 54855A 6 GHz 4 20 GSa/s 256K 1M/32M Infiniium 54853A/854A/855A の紹介 Click to edit Master subtitle style 世界で唯一 システム帯域差動 6GHz を保証 (54855A) 帯域をフルに 使えます! 7GHzGHz 差動 / シングルエンドプローブ帯域 世界で唯一の 真 真 の20Gサンプルオシロスコープ ( 世界で唯一の20GS/s ADC を搭載 しかも4 枚!) 4CH 同時に 使えます! 世界最高性能のオシロのトリガ ジッタ = 1ps 81

85 Questions and Answers Click to edit Master subtitle style 82

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88 July JA A