SATA Industry and Specifications

Size: px

Start display at page:

Download "SATA Industry and Specifications"

1 C4 USB3.0 の規格認定試験と測定ソリューション薩摩泰文

2 内容 1. USB3.0 概要 2. USB3.0コンプライアンステストとは 3. USB3.0コンプライアンステスト詳細 1. トランスミッタテスト 2. レシーバテスト 3. テクトロニクスのソリューション 2

3 USB3.0: 概要 USB3.0 Specification Version 1.0 (SuperSpeed) :2008 年 11 月に発表狙い : 大容量化したデータファイルの転送時間短縮化 (10 倍高速化 ) 特にフラッシュストレージ外付け HDD SSD デジタルカメラ MP3 プレーヤ携帯端末等規格転送時間 (USB-IF の資料を元に計算 ) データレート USB2.0 と後方互換機構的な互換性 USB2.0 USB3.0 接続可能高速リンクのための接続 Tx2 線 Rx2 線を追加 ( シールドツイストペア ) PCI Express 2.0 と SATA の双方に類似した高速リンクロゴで識別 ( 当初の青色識別から変更 ) ケーブル長 3m まで ( ただし損失量だけで長さの規定はない ) 共通のデバイスモデルパイプモデルフレームワーク転送タイプ電力管理機能の向上高速化で増加する消費電力を抑えるためのより積極的な電力管理デバイスホストポートのどちらからでも低電力モードに入れられるフラッシュメディア容量 4MB 256MB 1GB 8GB 32GB USB Mbps 0.1s 8.5s 33s 4.4 分 17.6 分 USB3.0 5Gbps 0.01s 0.8s 3.3s 26.4s 1.76 分 3

4 USB3.0: 電気的な仕様 PCI Express 2.0 との高い類似性 1: 低電力モードにはない 2: コモンクロックのため SSC クロックは含まず 3:Low Frequency Periodic Signaling 規格 SuperSpeed USB PCI Express データレート 5Gbps 5Gbps, 2.5Gbps 符号化スクランブラ多項式 (Polynomial) 8B/10B X 16 + X 5 +X 4 +X 3 +1 電圧レベル 1.2V~0.8V( 遷移ビット ) 1.2V~0.4V( 低電力モード ) ディエンファシス 1 3.5dB±0.5dB 3.5dB±0.5dB(5Gbps, 2.5Gbps) 6dB±0.5dB(5Gbps) クロッキングフォワードコモン周波数偏差 +300~-5300PPM ±300PPM 2 レーン数 1 1,2,4,8,12,16,32 (CEM/ ケーブル :1,4,8,16) レシーバイコライザ必須規定なしレシーバ検出サイドバンド信号 (LFPS 3 ) 負荷時定数の変化を検出 (CEM:PERST# WAKE# PRSNT1/2#) 4

5 USB3.0 コンプライアンステストとはコンプライアンステストはインテグレーターズリストに掲載する場合に必要 USB3.0 としての規格相互運用性を確認したという USB-IF からのお墨付きコンプライアンステストをうけるにはコンプライアンスワークショップ USB-IF が公式のコンプライアンステストを開始 (2010/4/26) 民間テスト会社ではアリオン株式会社 ( 東京五反田 ) がサービス開始当社の測定機材を導入米国オレゴン州ヒルズボロ市にある PIL にて随時実施テスト仕様 (CTS) はいまだ策定中 2009 年 9 月 Rev.0.9( 現在公開中 ) になってから大幅に変更 USB-IF のテストフィクスチャ ( ハードウェアリファレンスチャンネル ) 販売開始 (2010/5/27) 公式のレシーバテストに必要コンプライアンスを取得しなくとも製品保証の観点からコンプライアンステストに準じた測定は重要 5

当社は PIL で機材貸与で協力 PIL に関する情報予約は http://www.usb.

6 USB-IF Platform Interoperability Lab(PIL) 公式コンプライアンステスト開始に先立ち USB 開発者のためにホストとデバイスのインターオペラビリティの確認と USB3.0 物理層のテストを目的として開設当社米国本社は PIL からおよそ 16km の近距離! 当社は PIL で機材貸与で協力 PIL に関する情報予約は日本国内では当社 T&M Center of Excellence( 高速シリアル測定センター : 東京大阪 ) にて PIL と同じ環境で物理層テスト測定をお試しいただけます ( ただし認証試験に代わるものではありません ) 担当営業へお問合せください USB-IF PIL LAB Tektronix 6

7 USB3.0: コンプライアンステスト ( 物理層 ) 1. トランスミッタ TD.1.1 :LFPS TD.1.3 : アイダイアグラムジッタ測定 TD.1.4 :SSC プロファイル測定 2. レシーバ TD.1.2 :LFPS TD.1.5 : ジッタ耐性テスト 3. その他 USB30CV(Command Verifier) を使ってのコマンドベリファイテスト ( デバイス ) インターオペラビリティテストなど USB2.0 コンプライアンステスト 7

8 トランスミッタテスト LFPS:TD.1.1 最初の Polling.LFPS を 5 バースト取込むブレークアウトフィクスチャを使用測定項目 tburst, Trepeat Tperiod trisefall2080 デューティサイクル V CM-AC-LFPS V TX-DIFF-PP-LFPS 測定範囲 : バースト開始から 100ns 後 ~ バースト終了から 100ns 前 8

9 トランスミッタテストアイダイアグラムジッタ測定 :TD.1.3 SSC プロファイル測定 :TD.1.4 受信端 TP1 での波形捕捉 50Ω 終端した状態での規定オシロスコープ入力に直接接続してテスト ( 送信側で AC 結合されている ) 40GS/s 以上で 1M-UI(Unit Interval) を捕捉リファレンスチャンネルの適用 : 想定最長伝送路でテストホストテスト : デバイス (17.5cm)+3mケーブルデバイステスト : ホスト (27.5cm)+3mケーブルソフトウエア的にフィルタを適用リファレンスイコライザを適用 (CTLE:Continuous Time Linear Equalization) 上記結果のアイダイアグラムジッタ SSC プロファイル測定 (TP1 ) TP1 コンプライアンステスト点 (TP1 ) 9

10 トランスミッタテストアイダイアグラムジッタ測定 (TD.1.3): 測定項目アイ高さ (CP0) ジッタ (Dual Dirac モデル ) Rj (δ-δ ) : ランダムジッタ (CP1) 熱雑音やショット雑音などに起因発生確率の広がりは無限大で P-P がない実効値あるいは σ で表現極めて低い頻度でも大きなゆらぎが発生し長期間の通信品質 (BER) に影響 Dj (δ-δ ) : デターミニスティックジッタ (CP0) 隣接オシレータや伝送系の高周波損失などに起因発生確率の広がりは有限ジッタマージンを低下させる Tj : トータルジッタ 1 兆ビットに 1 回のエラー (BER10-12 ) を保証するために必要となる Rj の等価的な P-P 値と Dj の和 Tj=Dj (δ-δ) Rj (δ-δ) Rj と Dj 測定結果から上記式で算出 4.9MHz 2 次 PLL ダンピングファクタ 0.7 のジッタ伝達関数を持つ PLL で再生されたクロックを基準に測定パラメータアイ高さ Rj (δ-δ ) Dj (δ-δ ) Tj 仕様 100mV~1200mV 46ps@BER10-12 (3.27ps rms) 以下 86ps 以下 132ps@BER10-12 以下 Rj : Random Jitter Dj : Deterministic Jitter Tj : Total Jitter 以上参考資料参照 BER: Bit Error Rate 10 USB3.0, Electrical Compliance Test Specification Rev.0.9 RC より

コンプライアンスパターン一度コンプライアンスモードに入った場合レシーバへの Ping.LFPS の入力によりトランスミッタは 9 種類のコンプライアンスパターンを順次出力現時点では下記の CP0 と CP1 のみ使用パターンシンボル内容波形コンプライアンステストに使用するパターン CP0 D0.

11 コンプライアンスパターン一度コンプライアンスモードに入った場合レシーバへの Ping.LFPS の入力によりトランスミッタは 9 種類のコンプライアンスパターンを順次出力現時点では下記の CP0 と CP1 のみ使用パターンシンボル内容波形コンプライアンステストに使用するパターン CP0 D0.0 ( スクランブルされた ) 論理アイドル状態と同じ疑似ランダムパターン SKIP オーダードセットは含まない CP1 D10.2 ナイキスト周波数 (1 ビット 0 1 ビット 1 の繰り返しビットレートの 1/2 : 2.5GHz) 垂直軸 :120mV/div 水平軸 :1ns/div 引用 :Universal Serial Bus Specification 3.0, Rev.1.0, Nov.12,

12 SSC: ダウンスプレッドセンタ / アッパスプレッドセンタ / アッパスプレッドの PC マザーボードが市販規格はダウンスプレッドを採用突発的に周波数が飛ぶ SSCG も存在インターオペラビリティ問題の原因の 1 つにリンクアップしないデータの取りこぼしデータのダブり元のクロック (fc) を中心に上下に変調センタスプレッド周波数元のクロック (fc) に対し周波数が下がるように変調元のクロック (fc) に対し周波数が上がるように変調ダウンスプレッド時間アッパスプレッド周波数周波数時間時間どちらも周波数がクロック (fc) より高くなるため回路の時間余裕度を低下させる 12

13 トランスミッタテスト SSC プロファイル測定 :TD.1.4 変調周波数 :30~33kHz 変移 :0~-0.5% 位相ジッタ :1.2ns 以内 600UI 内 CP1 にて測定周期変動のタイムトレンド表示周期の下限 (200ps-300PPM= ps) 変調周波数周期偏差の測定規格値との判定結果 13

14 トランスミッタテストソフトウェアチャンネルエミュレーションによる TP1 Tx Channel TP2 ブレークアウトテストフィクスチャを使用しシリコン / コネクタのできる限り近傍で信号を捕捉 (TP2) Tx チャンネルエミュレーションにより TP1 波形を算出イコライザエミュレーション自動 / 半自動での Ping.LFPS 入力コンプライアンスパターンの切替え AFG3000 シリーズファンクション / 任意波形ジェネレータ or USB3.0 チップ USB3_Rx USB3_Tx USB3_Tx USB3_Rx DSA70000B シリーズデジタルシグナルアナライザ CTLE Rj- Dj- Tj Eye Height AWG7000B シリーズ任意波形ジェネレータ被測定システムテストフィクスチャ Ping.LFPS USB3.0, Electrical Compliance Test Specification Rev.0.9RC で正式に提案 14

トランスミッタテストコンプライアンステストソフトウェア SigTest 公式のコンプライアンス : アイダイアグラム

Rj の測定結果を UI に入力することで Tj を演算 2 回測定が必要に要コンプライアンスパターンの変更無償

15 トランスミッタテストコンプライアンステストソフトウェア SigTest 公式のコンプライアンス : アイダイアグラムジッタ (TD.1.2) SigTest コンプライアンステストソフトウェア PCI-SIG の PCI Express Rev.2.0 用の SigTest を改版リファレンスイコライザを追加 PLL の変更最初に Rj を測定次に Dj を測定し最初の Rj の測定結果を UI に入力することで Tj を演算 2 回測定が必要に要コンプライアンスパターンの変更無償準コンプライアンスプリコンプライアンス +SSC プロファイル測定 (TD.1.4) LFPS(TD.1.1) 各計測器メーカのツール例 : 弊社 TekExpress opt.usb-tx TekExpress opt.usb-tx 15

16 USB-IF USB3ET テストフィクスチャホストテストフィクスチャデバイスチャンネル (12.5cm トレース ) ホストブレークアウトフィクスチャ (TypeA プラグ ) デバイステストフィクスチャバックパネルチャンネル (27.5cm トレース ) デバイスブレークアウトフィクスチャ (TypeA レセプタクル ) デバイステスト CAL フィクスチャ (TypeB レセプタクル ) ホストはデバイスブレークアウトフィクスチャを使用 VBUS 用 5V 電源ケーブル TypeA-TypeB 3m ケーブル TypeA-TypeB ショートケーブル (10cm) TypeA-MircoB ショートケーブル (10cm) 購入先 TypeA レセプタクルトポロジダイアグラム caltestfixture_topologies.pdf TypeA レセプタクル TypeB レセプタクルホストテストフィクスチャ TypeB レセプタクル TypeA プラグ TypeA レセプタクルデバイステストフィクスチャデバイステスト CAL フィクスチャ 16

トランスミッタテスト構成 12.5GHz 以上の DSA70000C シリーズあるいは MSO70000C シリーズ最低 DSA71254C 型 MSO71254C 型 MSO70000C シリーズには Opt.DSAU が必要 TekExpress ワンボタン自動測定ソリューション (opt.tekexp opt.

17 トランスミッタテスト構成 12.5GHz 以上の DSA70000C シリーズあるいは MSO70000C シリーズ最低 DSA71254C 型 MSO71254C 型 MSO70000C シリーズには Opt.DSAU が必要 TekExpress ワンボタン自動測定ソリューション (opt.tekexp opt.usb-tx) USB3ET テストフィクスチャ (USB-IF) AWG7122C 型任意波形ジェネレータ ( レシーバテストと共用 ) あるいは AFG3252 型任意波形 / ファンクションジェネレータその他 SigTest ソフトウェア (USB-IF) SMA-SMA ペアケーブル 2 対デスキュ用アクセサリ VBUS 用電源 ( デバイスの場合 ) その他 17

58% IBM 社 SiGe 8HP BiCMOS プロセスによる新設計のフロントエンドにより 33GHz で必要とされる垂直ノイズとジッタノイズフロアの低減化を実現フラットネス ±0.

18 DSA70000D シリーズデジタルシリアルアナライザ最高の波形特性と強力な解析能力型名 DSA7334D 型 DSA72504D 型最高周波数帯域 2ch(RT) 4ch(ET アンダーサンプリング ) 4ch(RT) 33GHz 23GHz 25GHz 立上り時間 (20%-80%) 9ps 12ps 最高サンプルレート最大レコード長垂直軸ノイズ ( フルスケールに対する p-p) 50GS/s@4 チャンネル 100GS/s@2 チャンネル 250M チャンネル 0.58% 0.58% IBM 社 SiGe 8HP BiCMOS プロセスによる新設計のフロントエンドにより 33GHz で必要とされる垂直ノイズとジッタノイズフロアの低減化を実現フラットネス ±0.5dB( 最高周波数帯域の半分までで ) ジッタノイズフロア (rms) 250fs デルタ時間測定確度 (rms) 347fs 330fs 垂直軸感度オフセットレンジ終端電圧レンジ 6.25mV/div~120mV/div (62.5mV~1.2V フルスケール +3.4~-3.4V 終端電圧機能によりバイアス Tee DC ブロックを併用することなく DC バイアス回路を直結可能 18

DSA70000C シリーズデジタルシリアルアナライザ最高の波形特性と強力な解析能力型名 DSA72004C 型 DSA71604C 型 DSA71254C 型 DSA70804C 型 DSA70604C 型 DSA70404C 型最高周波数帯域 20GHz 16GHz 12.

19 DSA70000C シリーズデジタルシリアルアナライザ最高の波形特性と強力な解析能力型名 DSA72004C 型 DSA71604C 型 DSA71254C 型 DSA70804C 型 DSA70604C 型 DSA70404C 型最高周波数帯域 20GHz 16GHz 12.5GHz 8GHz 6GHz 4GHz 最高サンプルレートチャンネルチャンネルチャンネル最大レコード長 250M チャンネル 100M チャンネル垂直軸ノイズ ( フルスケールに対する p-p) 0.77% 0.43% 0.38% 0.35% 0.32% 0.28% フラットネス ±0.5dB( 最高周波数帯域の半分までで ) ジッタノイズフロア (rms) 290fs 270fs 300fs 340fs デルタ時間測定確度 (rms) 1.43ps 1.15ps 1.23ps 1.24ps 1.33ps 1.48ps DSA70000D/C MSO70000C シリーズ共通主な機能 ( 標準 ) サーチ & マークコミュニケーションマスクテストジッタ / アイダイアグラム解析 6.25Gbps コミュニケーショントリガシリアルパターントリガ / プロトコルデコード & サーチ主な機能 ( オプション ) フレーム & ビットエラーディテクタビジュアルトリガ I 2 C SPI RS-232/422/485/UART MIPI D-PHY USB2.0 デコード & トリガ DDR 解析シリアルデータリンク解析パワー解析ベクトルシグナル解析 UWB 解析周波数帯域のアップグレードその他毎秒 30 万波形取込みレート DSP 特性補正 DSP 帯域拡張 (DSA72004C 型 ) 周波数帯域選択機能 ArbFilter 機能 19

MSO70000C シリーズ - 業界唯一高性能ミックスドシグナルオシロスコープ業界唯一 :MSO 唯一の icapture 1 回のプローブ接続でアナログとデジタルの信号の取込み任意のデジタルチャンネルとアナログチャンネルをすばやく切り替え同時に観測可能汎用 1GHz パッシブプローブと 2.

20 MSO70000C シリーズ - 業界唯一高性能ミックスドシグナルオシロスコープ業界唯一 :MSO 唯一の icapture 1 回のプローブ接続でアナログとデジタルの信号の取込み任意のデジタルチャンネルとアナログチャンネルをすばやく切り替え同時に観測可能汎用 1GHz パッシブプローブと 2.5GHz アクティブ差動プローブを用意デジタルチャンネルアナログチャンネル A 0 C D 0 アナログ Mux icapture 概念図デジタル 2.5 GHz アナログ全帯域アナログ型名 MSO72004C 型 MSO71604C 型 MSO71254C 型 MSO70804C 型 MSO70604C 型 MSO70404C 型周波数帯域 20 GHz 16 GHz 12.5 GHz 8 GHz 6 GHz 4 GHz アナログチャンネル 4 デジタルチャンネル 16 サンプルレート ( アナログ ) 50GS/s@4チャンネル 100GS/s@2チャンネル 25 GS/s@4チャンネルサンプルレート ( デジタル ) 12.5 GS/s レコード長 ( 全チャンネル ) 250 M ポイント 125 M ポイントバストリガ / デコード ( オプション ) icapture ロジッククオリファイトリガパラレル 8B/10B I 2 C SPI RS-232/422/485/UART MIPI D-PHY USB2.0 デコード & トリガ DSA パッケージオプション DSAU DSAH 20

21 自動 USB 3.0 コンプライアンステスト TekExpress 自動テストソフトウェアユーザの手間をかけない記憶勘に頼らないワンボタンによる設定からレポートまでの自動 USB 3.0 ノーマティブ / インフォーマティブトランスミッタ / レシーバテストホストデバイスに依存したチャンネルを設定ソフトウェアエミュレーションハードウェアチャンネル解析パラメータの完全制御によりコンプライアンスとデバッグ環境間のシームレスな統合トランスミッタテスト TD.1.1 :LFPS TD.1.3 : アイダイアグラムジッタ測定 TD.1.4 :SSC プロファイル測定コンプライアンスパターンの自動切替 SigTest および DPOJET の双方をサポートレシーバテスト TD.1.2 :LFPS( 予定 ) TD.1.5 : ジッタ耐性テストジッタマージンテスト規定振幅以外でのテストオシロスコープ内蔵エラーディテクタをサポートトランスミッタテストレシーバテストレポート (MHTML 形式 ) 21

22 DPOJET ジッタ & アイダイアグラム解析ソフトウェア周波数 / 周期振幅タイミングおよびジッタとアイダイアグラム測定データクロックおよびクロック - データ間同時に 99 測定まで別々の信号に対する測定も可能 Rj/Dj 測定特定 BER でのアイ開口幅とトータルジッタ予測唯一の規格業界団体で認定されたリアルタイムオシロスコープでの Rj/Dj 分離方法 (ANSI T11.2 FC-MJSQ) 真の Rj/Dj 測定と Rj (δ-δ) /Dj (δ-δ) 測定 Di の成分を Pj DCDj DDj に分離測定様々なデータ解析を可能にする複数のプロットを表示可能アイダイアグラムヒストグラムスペクトラムバスタブサイクルトレンド外部クロック逓倍を含む様々なクロックリカバリモデル PCI Express Gen2( システム ) LVDS パネルインタフェース DDR2/3 に不可欠汎用 + 特定用途 (DDR PCI Express USB3.0 など ) TP1 にイコライザを適用した波形 TP1 の波形レポート生成機能 MHTML 形式 (MIME Encapsulation of aggregate HTML)* *HTML ファイルや画像データを単一のアーカイブにまとめて保存できる形式 22

23 USB3.0 基板設計上の課題 : レシーバテストが重要に USB3.0 ではレシーバ側で受ける影響に対し根本的にセンシティブ 5Gbps という高速信号を比較的長距離伝送することを想定 LSI パッケッジ +45cmFR4( ホスト + デバイス )+3m ケーブルその結果高周波損失の影響を受けて減衰した信号をイコライザで改善しかしながらイコライザは受信端近傍で受けた影響を増強クロストーク反射ノイズ電源特にタイプ B レセプタクルを使用するデバイスは Rx に対する Tx からの近端クロストーク (Differential Near end Crosstalk :DDNEXT) の影響が大きくなりがちインピーダンスコントロールがむずかしいためリターンロスが大きくなりがち導体がタイプ A レセプタクルより約 5mm 長い結果的にトレースパターン電源等が注意深く設計される必要があるケーブルレセプタクルも注意深く選択される必要がある特にデバイスでは差動ペアスキューやリターンロス近端クロストークが大きいレセプタクルを避ける以上の性質からトランスミッタテストだけで相互運用性 ( インターオペラビリティ ) を保証は不可能相互運用性の保証とは特定 BER(BER10-12 ) での通信を保証すること Universal Serial Bus 3.0 Connectors and Cable Assemblies Compliance Document Revision 1.0 Draft, October 20, 2010 より ( _3_0_Compliance_Document_ pdf) レシーバテストが重要に 23

tperiod 50 ns, V TX-DIFF-PP-LFPS 1200 mv, Duty Cycle 50%.

24 レシーバテスト LFPS:TD.1.2 LFPS を Rx に入力し DUT が TSEQ を応答すること tperiod 50 ns, V TX-DIFF-PP-LFPS 800 mv, Duty Cycle 50%. tperiod 50 ns, V TX-DIFF-PP-LFPS 1200 mv, Duty Cycle 50%. tperiod 50 ns, V TX-DIFF-PP-LFPS 1000 mv, Duty Cycle 40%. tperiod 50 ns, V TX-DIFF-PP-LFPS 1000 mv, Duty Cycle 60%. AWG から LFPS 信号を Rx に入力 Tx の応答をオシロスコープで確認 AWG による LFPS 印加シーケンスオシロスコープによるTSEQ 応答確認 LFPS TSE Q 24

25 レシーバテストジッタ耐性テスト :TD.1.5 ジッタ周波数ジッタ量を変えた数種類のパターンを使用 ( 次スライド参照 ) 低周波 (PLL カットオフ周波数以下 ): クロックリカバリ回路のジッタ吸収の度合いの確認高周波 : データリカバリ回路のセンスアンプの時間方向余裕度の確認 TP1 として入力ディエンファシス SSC を適用リファレンスチャンネルの損失を適用デバイス : ホスト +3m ケーブルホスト : デバイス +3m ケーブル TP1+CTLE でジッタを校正信号振幅 : SSC オンにてホスト :180mV デバイス :145mV CP0 にて Sj : SSC オフにて 40.0 ps +0/- 10%@50MHz( 記載?) CP1 にて Rj : SSC オフにて 2.42 ps ±10% RMS 30.8ps±10% p-p 25

26 レシーバテスト : ジッタ周波数 / 振幅測定時間仕様は BER10-12 測定時間短縮のため BER10-10 として測定ジッタ周波数あたり 600 秒 6 秒へ短縮 ( 計 4200 秒 42 秒に短縮 ) ビット長 ( シンボル ) でエラーがなければ 95% の確かさで BER10-10 とみなす引用 :USB3.0, Electrical Compliance Methodology White Paper Rev.0.5 USB3.0, Electrical Compliance Test Specification Rev.0.5 Pj Rj RMS (UI) (2.4ps) 周波数 ~0.9RC 0.9 UI( 0.9) UI( ~0.9RC ) 500kHz 2 (400ps) (453ps) 1MHz 1 (200ps) (226.4ps) 2MHz 0.5 (100ps) (113.2ps) 4.9MHz 10MHz 50MHz 20MHz 33MHz 50MHz 0.2 (40ps) (46.4ps) 26

27 レシーバテスト : エラー検出手法 1. ループバック BERT シリコンに内蔵したエラーディテクタによりエラーをカウント Rx が受信したデータの一部 (BERC オーダードセット ) をカウンタ値 (BCNT オーダードセット ) に置き替えてループバックモードで Tx よりを出力し外部機器で読み取る規格化されたがテスト仕様から削除また 2010 年 6 月付けの Errata でオプション化ただしすでに多くのチップに搭載され早期開発出荷に貢献 μpd MB86C30A TUSB1310A などに実装 2. 外部エラーディテクタレシーバが受信したデータをループバックモードでトランスミッタより出力し外部機器でエラーをカウントテスト仕様で規定された方法 27

レシーバテスト構成 1 AWG + オシロスコープエラーディテクタデータジェネレータ

波形観測をしながらエラーチェックが可能オシロスコープシンボルエラー AWG7000B

28 レシーバテスト構成 1 AWG + オシロスコープエラーディテクタデータジェネレータ任意波形ジェネレータで電気的アイドル SSC ディエンファシス Rj Dj(Sj) を加えたデータを生成ハードウェアチャンネルで信号を劣化ループバックパターンのエラーをオシロスコープ内蔵のエラーチェッカで確認業界初! 波形観測をしながらエラーチェックが可能オシロスコープシンボルエラー AWG7000B シリーズ任意波形ジェネレータ受信したデータを内部でループバック USB3_Rx SSC Rj Pj USB3.0 チップ USB3_Tx 28

USB RMT) AWG7122C-010608 型 24GS/s 任意波形ジェネレータ

29 レシーバテスト構成 1 AWG + オシロスコープエラーディテクタ 12.5GHz 以上の DSA70000C シリーズあるいは MSO70000C シリーズ最低 DSA71254C 型 MSO70000C シリーズには Opt.DSAU が必要フレーム & ビットエラーディテクタ Opt. ERRDT フレーム & ビットエラーディテクタ TekExpress ワンボタン自動測定ソリューション (opt. USB RMT) AWG7122C 型 24GS/s 任意波形ジェネレータ SDX100 SerialXpress ジッタ生成ソフトウェア Opt. ISI S パラメータフィルタ /ISI 生成 Opt. SSC スペクトラム拡散クロック生成 USB3ET テストフィクスチャ (USB-IF) その他 SMA-SMA ペアケーブル 2 対以上その他 29

AWG7122C 型任意波形ジェネレータ任意のジッタプリエンファシスノイズを印加してのシリアルデータが発生可能直接にジッタを生成し合成 ( ダイレクトシンセシス ) 損失のためのハードウェアリファレンスチャンネルが不要高い再現性最高サンプリングレート 12GS/s@2 チャンネル 24GS/s@1 チャンネル 10

30 AWG7122C 型任意波形ジェネレータ任意のジッタプリエンファシスノイズを印加してのシリアルデータが発生可能直接にジッタを生成し合成 ( ダイレクトシンセシス ) 損失のためのハードウェアリファレンスチャンネルが不要高い再現性最高サンプリングレート 12GS/s@2 チャンネル 24GS/s@1 チャンネル 10 ビット垂直分解能マーカ出力 2 チャンネル / アナログ出力メモリ長標準チャンネルチャンネルオプションチャンネルチャンネル応用例レシーバジッタトレランステスト SSC df/dtストレステストを実現 PLLループ帯域幅チャンネルエミュレーション 30

SDX100 SerialXpress ジッタ生成ソフトウェア 31 AWG シリーズ任意波形ジェネレータで任意のジッタプリエンファシスノイズを印加してのシリアルデータが直接に発生可能に ( ダイレクトジッタシンセシス ) レシーバジッタ耐性 / マージンテスト SSC df/dt ストレステストを実現ジッタ要素周期性ジッタ ( 正弦波 4 ソース ) ランダムジッタ (3

31 SDX100 SerialXpress ジッタ生成ソフトウェア 31 AWG シリーズ任意波形ジェネレータで任意のジッタプリエンファシスノイズを印加してのシリアルデータが直接に発生可能に ( ダイレクトジッタシンセシス ) レシーバジッタ耐性 / マージンテスト SSC df/dt ストレステストを実現ジッタ要素周期性ジッタ ( 正弦波 4 ソース ) ランダムジッタ (3 ソース ) シンボル間干渉 (ISI) デューティサイクルディストーション (DCD)) スペクトラム拡散クロック (SSC) 要素プロファイル拡散方式周波数偏移拡散周波数 df/dt ノイズ S- パラメータフィルタによるチャンネルエミュレーション TouchStone 形式ファイルをインポートして基板ケーブルクロストークをシミュレーション可能シンボル間干渉 (ISI) などを生成のための外付けハードウェアが不要バージョン 3.0 より

32 レシーバテスト構成 2 BERTScope BSA C シリーズ 1. ストレスパターン発生 RJ/SJ/SSC Pre-emphasis プログラムコントロールによるデバッグ解析ストレスパターン発生 /17.5/28Gbps 選択可能 CR( クロックリカバリ ) 3. シングルクリックによる簡単ループバック設定 4. 高速コンプライアンステストジッタサーチジッタ周波数ごとに柔軟なサーチ範囲指定可信頼度 BER 指定による実行指定 5. 自動ソフトウェア DSA70K オシロとの連携による自動校正 HTML テストレポート校正データ測定結果のデータベース管理コンプライアンステストジッタサーチ 32

33 BSA C シリーズビットエラーレートアナライザ最高 26Gbps のパターン生成高速 BER/ ジッタ測定エラー解析が可能 8.5Gbps 12.5Gbps 17.5Gbps 26Gbps にパターンジェネレータ 4 機種ビットエラーレートアナライザ 4 機種ストレス生成機能 BERTScope ツールキット標準テストスイートアイダイアグラムマスクテスト : オシロスコープライクなアイダイアグラム解析ジッタトレランスコンプライアンステンプレートテストとマージンテスト物理レイヤテストソフトウェアスイートジッタピーク BER 輪郭 Q ファクタ解析ジッタ分離 ( ジッタマップ ) 当社特許の Error Location Analysis 機能エラー / データ相関などその他ストレスライブデータエラー訂正符号化エミュレーションシンボルフィルタリング 33

レシーバテストソリューション比較 BERTScope AWG テクトロニクスの 2 つのレシーバテストソリューションは完全自動のレシーバコンプライアンスとジッタトレランステストをサポート SSC ディエンファシスなどの柔軟なレシーバテスト条件印加広範囲な高速シリアル規格サポート非同期クロックのインターフェースサポート (SKP オーダセット挿抜 ) BERTScope

34 レシーバテストソリューション比較 BERTScope AWG テクトロニクスの 2 つのレシーバテストソリューションは完全自動のレシーバコンプライアンスとジッタトレランステストをサポート SSC ディエンファシスなどの柔軟なレシーバテスト条件印加広範囲な高速シリアル規格サポート非同期クロックのインターフェースサポート (SKP オーダセット挿抜 ) BERTScope は 26Gbps までの次世代高速シリアル規格に対応 Thunderbolt, DisplayPort 1.2, SATA/SAS, 10G KR, PCI Express 3.0 レシーバテスト条件の迅速な変更確認 Rx エラー時のジッタエラー解析デバッグツールのサポート新のビットエラー測定 AWG は MIPI, HDMI/MHL, USB 3.0, SATA などの共通プラットフォーム柔軟なパターンシーケンサマルチレベルサポートによる Tx と Rx の共通テストセットアップシームレスな自動測定オシロスコープによるエラーディテクタオプション SATA OOB USB3 LFPS テストサポート S パラメータモデル ( タッチストーン ) を用いたチャネルロス解析 (ISI ボード不要 ) ダイレクトシンセシス法による高周波 / 振幅ジッタ印加可能 34

35 コンプライアンステスト変更点 USB 3.0 Droop / Drop Test USB-IF より購入可能な新テストフィクスチャ新しい 150mA / 900mA 負荷従来は 100mA / 500mA 負荷ハイパワーデバイス対応のため最大負荷電流を 500mA から 900mA に変更テストフィクスチャ入手先 : 35

36 コンプライアンステスト変更点テストフィクスチャのディエンベディングディエンベッドの目的実際の使用環境にはない測定環境の影響を除去 Tx テストフィクスチャ上のコネクタ基板トレースの影響を除去し Tx ピンでの特性を正確に測定ディエンベッドの方法 Tx テストフィクスチャ上のチャネル特性を S パラメータファイルとして測定 SDLA(Serial Data Link Analysis) ツールを用いてオシロの Math 機能で使用できるフィルタファイルを作成 Before After 36

37 今後予定されているコンプライアンステスト変更点 ECN 012 USB3.0 Reference Equalizer ロングチャネル (3m cable + long host PCB ) 用のイコライザに加えてショートチャネル (No cable + short) host PCB) 用のイコライザを追加 TD.1.3 : アイダイアグラムジッタ測定 /TD.1.5 : ジッタ耐性テストの対応 Rx テストフィクスチャの対応 37

38 USB3.0 測定 (Tx): まとめオシロスコープで 50Ω 終端しコンプライアンスパターンで評価コンプライアンスパターン :CP0 CP1 を使用 Ping.LFPS の入力で切替え 2 次 PLL/4.9MHz 帯域 PLL でリカバリしたクロックを基準にアイダイアグラムとジッタを評価 1M-UI を測定ジッタは Dj (δ-δ) Rj (δ-δ) を測定前者は CP0 後者は CP1 で測定トータルを算出 Tj=Dj (δ-δ) Rj (δ-δ) SSC の変調周波数変移位相ジッタ (600UI) を測定デバイスはホスト + ケーブルホストはデバイス + ケーブルのチャンネルを加味した TP1( レシーバ入力 ) で評価ソフトウェアによるリファレンスチャンネルエミュレーションを使用規定のイコライザ (CTLE) を適用して測定 USB3.0, Electrical Compliance Test Specification Rev.0.9 より 38

39 USB3.0 測定 (Rx): まとめレシーバのジッタ耐性テスト規定のジッタ周波数とジッタ振幅を加えてのテスト外部機器で Tx データのエラーを検出ループバックモードで Rx が受信したデータを Tx より出力し外部機器 ( エラーディテクタ BERT) でエラーをカウント当社ではオシロスコープ内蔵型のエラーディテクタも入手可能 TX テストと同じ接続環境で波形を確認しながらの RX テストが可能規格は BER10-12 ただし測定は 1/100 の時間で測定デバイスはホスト + ケーブルホストはデバイス + ケーブルのチャンネル損失を印加ハードウェアリファレンスチャンネルを使用ディエンファシス SSC を適用 2 種類の自動 Rx テストソリューション AWG + Scope エラーディテクタシンプルで共通化された Tx/Rx テストセットアップ広範囲なシリアル規格にも対応 BERTScope 豊富な Rx エラー解析デバッグツールサポート次世代高速シリアル規格にも対応 39

40 参考資料 CQ 出版様資料リンク先筆者 CQ 出版組込みネット USB 3.0 規格の FAQ 信号波形から SuperSpeed USB を理解しよう USB 3.0 規格の FAQ(2) SuperSpeed USB はいかにして高速伝送を実現しているのか? USB 3.0 規格の FAQ(3) SuperSpeed USB のテストはどのように行うか? そこは知っておきたい USB 3.0 の高速性を実現するしくみをプロトコルアナライザで覗いてみる畑山仁日本テクトロニクス株式会社石井潤一郎東陽テクニカ株式会社インタフェース 2010 年 3 月号今さら聞けない USB の基礎知識 (USB2.0) 桑野雅彦藤原尚伸パステルマジック USB3.0 の特徴と USB2.0 との比較大谷聡 NEC エレクトロニクス株式会社トランジスタ技術 2010 年 2 月号超高速通信規格 USB3.0 の実際野崎原生 NEC エレクトロニクス株式会社当社資料リンク先備考ちらし機器構成アプリケーションノート USB3.0 計測 / コンプライアンスソリューション USB3_factsheet_55Z pdf USB3 コンプライアンス必要構成 01Feb10.pdf USB 3.0 設計の検証とデバッグの簡素化 USB3_AppNote_55Z pdf データシート USB3_datasheet_55Z pdf TekExpress opt.usb-tx をご紹介ウエブセミナ USB 3.0 設計の検証とデバッグの簡素化視聴にあたって登録が必要 Web 40

41 当社社員監修執筆インタフェースデザインシリーズ第 2 弾 USB 3.0 設計のすべて ~ 規格書解説から物理層の仕組み基板ソフトウェア設計コンプライアンステストまで A5 判 512 ページ近日中販売開始予定乞うご期待ください内容第 1 章 USB の概要第 2 章 USB 3.0 の物理層と論理層第 3 章デバイスとハブの動作第 4 章コネクタとケーブルの形状と特性第 5 章リンク層の詳細第 6 章ハードウェア設計第 7 章プリント基板の設計第 8 章コンプライアンステスト : 執筆しました第 9 章 USB ソフトウェアのしくみ第 10 章 USB ホストコントローラの制御第 11 章 USB デバイスコントローラ制御 41 テクトロニクスイノベーションフォーラム2012

ありがとうございました本テキストの無断複製転載を禁じますテクトロニクス社 Copyright Tektronix

(Microsoft PowerPoint - F-3_TIF2013_USB3_Satsuma_F [\214\335\212\267\203\202\201[\203h])

$(Microsoft PowerPoint - F-3_TIF2013_USB3_Satsuma_F [\214\335\212\267\203\202\201[\203h])$ F-3 USB3.0 の規格認定試験と測定ソリューション薩摩泰文内容 USB3.0 概要 USB3.0コンプライアンステストとは USB3.0コンプライアンステスト詳細とソリューショントランスミッタテストレシーバテスト関連新規格動向 Power Delivery 10Gbps SuperSpeed 2 USB3.0 と関連規格の推移相関給電充電 IEC 62684 Common