Slide -1 Bogatin Enterprises and LeCroy Corp No Myths Allowed Webinar 始 める 前 に: スラスラ 読 めるSパラメータ ブラック ボックス モデルであるSパラメータ の 中 に 埋 め 込 まれた 情 報 を 引 き 出 す Dr. Eric Bogatin, Signal Integrity Evangelist, Bogatin Enterprises a LeCroy Company Fall 211 Slide -2 概 要 Sパラメータは ブラックボックス のビヘイビア モデル 原 因 探 査 : 強 力 な 方 法 論 4つの 一 般 的 なパターンとそれらの 想 定 される 根 本 原 因 ポップクイズ
Slide-3 Slide -3 詳 しい 情 報 はWebへ WWW.BeTheSignal.com 最 新 のドキュメント My Blog: 今 月 学 んだこと セミナースケジュール Prentice Hallから 発 刊, 29 ボストン: 9 月 28 日 -29 日 ハイデラバード: 1 月 1 日 -11 日 バンガロール: 1 月 13 日 -14 日 シンガポール: 1 月 18 日 ペナン: 1 月 2 日 シャー アラム: 1 月 21 日 サンノゼ: 11 月 8 日 -1 日 Slide -4 全 てのボガティン 博 士 のセミナーで 行 う 実 習 (シミュレーション ソフトと 演 習 が 提 供 されます ) Quite Universal Circuit Simulator (QUCS) 回 路 シミュレータ: 過 渡 応 答 周 波 数 軸 解 析 Sパ ラメータ テレダイン レクロ イのSI Studio パラメータ ビューワー チャンネルのSパラメータ を 用 いたアイパターンの シミュレーション シリアル データ 解 析
Slide -5 ウェビナーにご 参 加 頂 いた 方 へ の 特 典 ボストンまたはサンノゼで 行 われるボガティン セ ミナーの 受 講 料 を1% 割 引 : SPSI, 211 年 9 月 28 日 ボストン DPD, 211 年 9 月 29 日 ボストン EPSI, 211 年 11 月 8 日 -9 日 サンノゼ SPSI, 211 年 11 月 1 日 サンノゼ でオンライン 予 約 を 行 うとき に 割 引 きコードNMA119A を 適 用 TX Slide -6 現 実 世 界 では: インタコネクトは 完 全 な 伝 送 線 路 ではない RX ドライバ パッケージ 基 板 バックプレーン 基 板 パッケージ レシーバ 1. Sパラメータを 使 ってインターコネクトと 振 る 舞 いを 説 明 します 2. Sパラメータからいくつかの 何 故? に 答 えることができます
Slide -7 高 精 度 のリファレンス 信 号 が DUTでどのように 散 乱 するかを 見 て インターコネクトの 特 性 評 価 を 行 う 入 力 波 伝 送 波 時 間 軸 周 波 数 軸 t f t TDR S11 パラメータ= ポートからの 出 力 波 ポートへの 入 力 波 TDT S21 Slide -8 ( 各 周 波 数 における) 散 乱 応 答 の 集 まり : Sパラメータとは? 反 射 サイン 波 伝 達 サイン 波 S 11 = S 12 = ポート1から 出 力 されるサイン 波 ポート1に 入 力 するサイン 波 ポート2から 出 力 されるサイン 波 ポート1に 入 力 するサイン 波 強 度 と 位 相 または 実 部 と 虚 部 独 自 のフォーマットで 保 存 : タッチストーンファイル.s1p: 1ポートデバイスの 散 乱 データ.s2p: 2ポートデバイスの 散 乱 データ 周 波 数 の 単 位 はMHz SパラメータはdBと 度 で 表 示 リファレンス インピーダンスは 5 Ω
Slide -9 Sパラメータ ビヘイビア ブラックボックス モデルを 使 ったシステム シミュレーション TL1 TL3 TL5 V1 U1 1 2 CMOS,3.3V,FAST J2 Port1 Port2 Port3 Port4 m1_1234.s4p 83.5 ohms 447.547 ps 3. in Stackup TL2 TOP BO... 83.5 ohms 447.547 ps 3. in Coupled Stackup TL4 J3 Port1 Port2 Port3 Port4 m1_1234.s4p 83.5 ohms 447.547 ps 3. in Stackup TL6 J4 Port1 Port2 Port3 Port4 m1_1234.s4p U2 1 2 CMOS,3.3V,FAST 83.5 ohms 447.547 ps 3. in Stackup 83.5 ohms 447.547 ps 3. in Stackup 83.5 ohms 447.547 ps 3. in Stackup Differential Response, db -1-2 -3-4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Differential Response -1-2 -3-4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 freq, GHz Differential Response, db -1-2 -3-4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 freq, GHz freq, GHz Sパラメータのポール ゼロ モデルを 用 いて Sパラ メータ ビヘイビア モデルをSPICE 準 拠 のデモルに 適 用 5 Gbps @ RX broad band SPICE : Simbeor, HyperLynx, ADS, Sigrity, SiSoft などのSPICEベースのシミュレーシ ョン ソフトでも 使 用 可 能 Slide -1 ブラックボックスを 開 ける どんな 仕 掛 けが 入 っているのか?
根 本 原 因 の 特 定 こそ 問 題 解 決 の 近 道 Slide -11 根 本 原 因 の 特 定 を 間 違 え ば 問 題 の 解 決 は 運 にま かせるしかなくなる スタン ほんとうにこれで 大 丈 夫 かい? とんがった 頭 と 長 い 嘴 があるから 奴 らが 飛 べるっていうのはおかしいと 思 うんだ Slide -12 周 波 数 軸 か 時 間 軸 かの 片 側 だけを 考 えずに 周 波 数 軸 と 時 間 軸 を 同 時 に 考 える シングルエンドSパラメータ 計 測 周 波 数 軸 差 動 Sパラメータ 回 路 シミュレーション 電 磁 界 シミュレーション シングルエンドTparame-ta 時 間 軸 差 動 Tパラメータ
Slide -13 2ポートのSパラメータ Magnitude/ phase detector シングル エンドSパラメータでも 差 動 Sパラメータでも 同 じように 適 用 V SOURCE 理 想 的 なインターコネクト: S11: 大 きな 負 の db 値 S21: 小 さな 負 のdB 値 Z =5 S11: リターン ロス 反 射 特 性 インターコネクト 全 体 の5Ωからのインピー ダンスミスマッチ 減 衰 は 大 きくない S21: 挿 入 損 失 (インサーション ロス) 伝 送 特 性 インターコネクト 全 体 のインピーダンス ミ スマッチ 大 きな 減 衰 DUT Z =5 5 Magnitude/ phase detector Slide -14 S11とS21の 重 要 な4つのパターン S11におけるリップル 時 にはS21にもリップル: 反 射 S21の 単 調 な 減 衰 : 損 失 幅 広 い 落 ち 込 み: ¼ 波 長 スタブの 共 振 幅 の 狭 い 落 ち 込 み ( 高 Q), 共 振 体 とのカップリング
Slide -15 反 射 によってリターン ロスと 挿 入 損 失 でリップルを 生 じるメカニズム S11が 最 小 Z <5 5 Len << 1/4の 場 合 5 S21が 最 大 低 い 周 波 数 では インタ ーコネクトは のふるまい は 理 想 的 S21 S11 Len<<1/4の 場 合 入 口 と 出 口 で 起 きる 反 射 波 は 18 度 位 相 が 反 転 している 合 成 された 反 射 ははゼロ 全 ての 伝 送 波 は 同 位 相 で 足 し 合 わされる S11は 非 常 に 大 きな 負 のdB 値, S21は ほとんど db Slide -16 長 さが1/4λの 場 合 :S11が 最 高 値 S21が 最 低 値 S11が 最 小 Z <5 5 Len << 1/4の 場 合 Len =1/4の 場 合 5 S21が 最 大 S21 S11 S11が 最 大 ½+ ¼+ 1/4 S21が 最 小 3/4 Len = (½ x n + ¼ ) の 場 合 S11が 最 大 S21が 最 小
Slide -17 Z 5の 時 多 重 反 射 がリップル の 原 因 となる 5 Z <5 5 S21 Len << 1/4の 場 合 S11が 最 小 Len =1/4の 場 合 S11が 最 大 ¼+ ½+ Len =の 場 合 S11が 最 小 ½+ 1+ 1 1/4 3/4 1 S21が 最 大 S21が 最 小 S21が 最 大 Len = n x ½ の 場 合 入 り 口 と 出 口 の 反 射 波 は 相 殺 される 反 射 波 は 最 小 伝 送 波 は 全 て 同 相 S21が 最 大 周 波 数 が 増 加 すると 挿 入 損 失 リター ン ロスが 増 加 S11 反 射 の 間 隔 が 長 くなると 周 波 数 軸 でのリップ ルの 間 隔 が 短 くなる インピーダンスの 不 整 合 gあ 大 きくなると リッ プルの 振 幅 が 大 きくなる Slide -18 減 衰 と 挿 入 損 失 実 際 の 挿 入 損 失 では 振 幅 は 距 離 とともに 指 数 関 数 的 に 減 少 する db/len V out (d)=v in e - nepers/len d =V in 1-2 d S21= V out V in S21[in db]=2 x log V out V in =-[db/in] x d = attenuation 終 端 のインピーダンス 整 合 がとれていて 伝 送 線 には 何 もカップリングされてい ない 場 合 には S21は 減 衰 を 示 す
atten Len = 1 W 二 つの 伝 送 ライン で 計 測 された 減 衰 Slide -19 5 Ωの 伝 送 線 の 推 定 される 単 位 長 あたりの 減 衰 f + 2.3 x f x Df x Dk atten Len-GHz -(2.3 x f x Df x Dk ).1 db/inch/ghz w = 5 mils Dk = 4 Df =.2 db/inch w = 線 幅 (mils) f in (GHz) Dk = 誘 電 率 Df = 誘 電 正 接 単 純 な 推 定 は 測 定 さ れた 振 る 舞 いにだい たい 合 致 する 粗 い 推 定 だけで 設 計 を 終 えてはならない Slide -2 The ¼ Wave Stub Resonance TD= TD, Len stub Len 6 in nsec 2 x TD 2 x TD = ½ cycleの 場 合 受 信 信 号 は 最 小 になる TD = ¼ cycleの 場 合 4 分 の1 波 長 共 振 になる TD= 1 1 1 1 f 4 f res = = res 4 TD 例 : Len =.5インチの 場 合 fres = 3 GHz 1.5 Len ここで fはghz Lenはインチ
Slide -21 ¼ Wave Resonance in the Frequency Domain Len stub f res = 1 1 4 TD = 1.5 Len スタブ 長 が.5インチの 場 合 f res = 3 GHz 共 振 したエネルギーはど こで 消 費 されるのか もしもナイキスト 周 波 数 が 3 GHzならば ビットレートが6 Gbpsの 信 号 はアイが 開 かない Slide -22 ¼インチ(6.35mm) 厚 のバックプレーンで 計 測 した ビア スタブ 有 りとなしの 挿 入 損 失 の 比 較 ビア スタブのないチャネル.2インチのビア スタブ 7.5GHz 1.5 1.5 f res = Len =.2
Slide -23 高 いQの 共 振 とのカップリング 考 えられる 高 いQの 共 振 浮 いている 金 属 ( 銅 箔 ) 各 層 に 空 いた 穴 Slide -24 4 層 基 板 におけるビアと キャビティのカップリング 3.25インチ.8インチ 1.187インチ.8インチ 12 GHz 3 GHz f res = = Dk 2 x Len Len リターン ビアなしのS21 層 の 共 振 は 以 下 のように 推 定 される Len = 3.25 インチ f res =.92 GHz Len = 1.187 インチ f res = 2.5 GHz Len =.8 インチ f res = 3.75 GHz
Slide -25 S11とS21の 重 要 な4つのパターン S11におけるリップル 時 にはS21にもリップル: 反 射 S21の 単 調 な 減 衰 : 損 失 幅 広 い 落 ち 込 み: ¼ 波 長 スタブの 共 振 幅 の 狭 い 落 ち 込 み ( 高 Q), 共 振 体 とのカップリング Slide -26 大 きな 損 失 の 原 因 は? 2 本 の 差 動 ペアのSDD21を1GHzまで 計 測 2GHzまで 同 じ 計 測 を 実 施 Dip at 14 GHz 下 ( 青 )のラインは 上 ( 赤 )のラインよりも 大 きなSDD21を 示 している 大 きな 減 衰 の 原 因 は? - 表 面 粗 さによる 導 通 損? - 低 品 質 の 銅 メッキ? - 大 きな 誘 電 損? -??? 大 きなディップの 原 因 は? - モード 変 換? - スタブの 共 振 - 他 の 導 体 との 共 振 結 合? -ブロッホ 波 とガラス 繊 維 の 織 り? - 誘 電 吸 収 共 振? Bob Haller, Enterasys 様 ご 提 供 データ どのSパラメータが 答 えを 持 っているか?
Slide -27 モード 変 換 の 可 能 性? SDD21 SDD11 SCD11 モード 変 換 の 項 目 : SCD11, SCD21 SCD21 SDD11 は 反 射 エネルギーを 示 す SCD11 は 反 射 モード 変 換 を 示 す SCD21 は 伝 送 モード 変 換 を 示 す Slide -28 まとめ Sパラメータの 中 身 をしっかり 見 ることを 習 慣 とする しっかり 見 れば 多 くのことが 見 えてくる, ヨギ ベラ 4つのパターンを 探 す リップル 単 調 な 減 衰 幅 広 い 落 ち 込 み 幅 の 狭 い 落 ち 込 み Sパラメータを 深 読 みする 際 の 氷 山 の 一 角 でしかない
Slide -29 Slide-3 Slide -3 詳 しい 情 報 はWebへ WWW.BeTheSignal.com 最 新 のドキュメント My Blog: 今 月 学 んだこと Prentice Hallから 発 刊, 29 セミナーでは 以 下 のツールを 使 って 演 習 : Quite Universal Circuit Simulator (QUCS) LeCroy s SI Studio 今 後 のセミナースケジュール ボストン : 9 月 28 日 -29 日 ハイデラバード : 1 月 1 日 -11 日 バンガロール : 1 月 13 日 -14 日 シンガポール: 1 月 18 日 ペナン: 1 月 2 日 シャー アラム: 1 月 21 日 サンノゼ: 11 月 8 日 -1 日