고속 데이터콤 인터페이스 분석은 중요한 작업이며, 신호 무결성을 보장합니다. 대부분의 데이터콤 인터페이스는 RF에 적절한 테스트 연결을 제공하지 않으므로, 이 분석의 가장 큰 과제는 물리적 인터페이스와 오실로스코프 간 연결입니다. 고속 데이터콤 IF와 오실로스코프의 RF 커넥터를 연결하기 위한 테스트 픽스쳐가 필요하지만 이러한 테스트 환경은 신호 무결성 측정에 영향을 미칠 수밖에 없습니다. R&S®RTP 및 R&S®RTO2000 오실로스코프에 고급 지터 옵션을 설치할 경우, 지터로 인한 영향을 분석 및 분리할 수 있습니다. 또한, 이 옵션은 테스트 픽스쳐와 트레이스로 인한 내재적 영향을 평가할 수 있어 사용자가 해당 테스트 셋업의 영향을 자세히 파악할 수 있습니다.
PCIe, USB, SATA, HDMI™와 같은 고속 데이터콤 인터페이스의 특성을 분석해야 합니다. 이 특성분석에서는 신호 무결성이 중요하며, DUT를 테스트 및 계측 장비에 적절하게 연결하는 것이 까다로운 부분에 해당합니다. 연결 대상 장비는 오실로스코프, 스펙트럼 분석기, 벡터 네트워크 분석기 등이 있습니다. 이러한 인터페이스는 RF 특성이 정의되지 않은 저가형 커넥터가 장착된 소비자 제품용으로 설계되는 경우가 일반적이지만, SMA 커넥터와 같이 RF 특성이 정의되는 인터페이스도 있습니다. 인터페이스와 테스트 및 계측 장비를 연결하기 위한 테스트 픽스쳐가 필요하지만, 이러한 테스트 픽스쳐는 측정에 무시할 수 없을 만큼의 영향을 미치게 됩니다. 디임베딩 기술은 선택 사항이지만, 이러한 지원없이 픽스쳐를 특성분석하는 것은 매우 복잡할 수 있습니다.
R&S®RTP 및 R&S®RTO2000 오실로스코프는 신호 무결성 분석을 자세히 수행할 수 있습니다. 지터 분석은 주요 파라미터에 대한 자세한 분석 결과를 제공합니다. BER(Bit Error Rate, 비트에러율)을 제외한 모든 파라미터를 타임 도메인에서 트랙으로 확인할 수 있으며, 주파수 도메인에서 스펙트럼으로 확인하거나 히스토그램으로 통계적으로도 확인할 수 있습니다.
또한 R&S®RTP-K133/RTO-K133 Advanced Jitter 옵션에는 잘 알려진 아래의 지터 파라미터 이상으로 분석 기능을 확장해주는 두 가지 기능이 새로 탑재되었습니다.
Step response이 중요한 이유는 이를 통해 테스트 픽스쳐가 신호 무결성 분성에 미치는 영향을 파악할 수 있기 때문입니다. 사용자는 Step response을 기준으로 다양한 측정을 수행하고 테스트 픽스쳐가 분석에 미치는 영향을 파악할 수 있습니다.
이 애플리케이션 카드는 지터 추가 없이 SSC(Spread Spectrum Clocking, 스프레드 스펙트럼 클로킹) 방식의 BERT(Bit Error Rate Test, 비트에러율 테스트)로 생성된 디퍼런셜 신호(8.125 Gbps, PRBS31) 분석에 대해 기술합니다. 이 신호는 PCIe Gen4 ISI 보드(PCIe-VAR-ISI)에서 긴 트레이스를 통해 전파됩니다. 이 보드에서 발생한 ISI(Intersymbol Interference, 부호 간 간섭)가 대부분의 지터의 원인이었습니다. 이 특정 셋업에서는 하단에 나와 있는 VNA(벡터 네트워크 분석기)를 사용하여 스텝 응답을 검증할 수 있습니다.
수신기가 데이터를 수신 및 클로킹하는 것과 동일한 방식으로 지터를 분석하는 것이 중요합니다. 따라서 오실로스코프는 디퍼런셜 TX 데이터를 캡처하고 하드웨어 CDR(Clock Data Recovery, 클록 데이터 복구)을 사용하여 데이터 신호를 트리거합니다(그림 1 참조). R&S®RTP 고성능 오실로스코프의 높은 업데이트 속도(초당 122,000개 파형)에 주목헤 주십시오.
분석 전 Acquisition 시간을 설정할 때에는 주기적 지터 분석에 필요한 최소 주파수 분해능을 고려하는 값으로 설정해야 합니다. SMPS(Switched-Mode Power Supplies) 범위에 해당하는 40 kHz 분해능과 40 Gsample/s 샘플링 레이트를 달성하기 위해 레코드 길이를 2 Msample (= 2 × (샘플 레이트) / (SMPS 스위칭 주파수))로 설정하며, 이에 따라 Acquisition 시간은 50 μs로 설정합니다.
지터 분해 알고리즘은 디퍼런셜 채널을 NRZ(Non-Return-to-Zero, 비제로 복귀) 신호로 분석합니다. 16 MHz 대역폭의 2차 PLL(Phase-Locked Loop, 위상 고정 루프)로 필요한 CDR이 구성됩니다.
그림 2: TJ 및 RJ 스펙트럼 결과(주기적 성분, TJ/RJ/PJ/DDJ 히스토그램, 측정 및 계산된 배스텁 리스트 포함)
그림 2에서 지터 분해의 결과는 표로 나와 있으며, 통계 데이터는 히스토그램(TJ, RJ, PJ, DDJ1)으로 표시되어 있습니다. 이 결과는 예상과 같이 DDJ에 의해 크게 좌우됩니다. BER의 Bathtub 곡선은 측정된 BER과 계산된 BER이 얼마나 일치하는가를 나타냅니다. 이 분해에서 새로운 부분은 그림 2 중간에 나와 있는 추정 Step response입니다. Step response은 채널의 전송 기능에 이상적 스텝이 적용된 결과입니다. 교정되지 않은 테스트 픽스쳐는 자연히 이 추정치에 포함됩니다.
1 TJ: Total Jitter, RJ: Random Jitter, PJ: Periodic Jitter, DDJ: Data Dependent Jitter.
사용자가 추정에서 Step response 길이를 구성할 수 있는 옵션이 있습니다. 이 경우는 75 UI로 설정되어 있습니다. Step response 길이 설정은 세 가지 원칙이 적용됩니다.
사용자는 커서, 자동 측정과 같이 익숙한 도구를 사용하여 이를 분석할 수 있습니다. 예제의 상승 시간은 커서를 통해 측정한 것입니다. 상승 시간 tr의 측정값을 사용하면 사용자가 싱글 폴 로우패스 필터에 유효한 추정치인 fB = 0.35 ⁄ tr을 적용하여 채널 대역폭 fB를 추정할 수 있습니다.
따라서 주파수 도메인에서 자세한 분석을 수행하는 데 적합합니다. 오버슈트, 강하, 전송 기능 호출과 같은 항목도 주파수 도메인에서 확인할 수 있습니다.
그림 3에는 히스토그램 및 추정 스텝 응답 이외에도 주파수 도메인에서 스텝 응답과 관련된 전송 기능이 크기(마커 M1 참조) 및 위상(마커 M2 참조) 단위로 표시되어 있습니다. math 메뉴에는 스텝 응답을 기준으로 주파수 도메인에서 전송 기능을 계산할 수 있는 기능 세트가 있습니다 [1].
magnitude(크기)는 주파수에 따라 달라지는 감쇠를 나타내며, 주로 유전손으로 인해 발생합니다. 스킨 효과는 비교적 작습니다. phase(위상)는 트레이스의 분산을 보여줍니다. 두 트레이스 모두 제한적 채널 대역폭으로 인해 16 GHz보다 높은 값은 모두 노이즈입니다. 8.125 GHz에서는 송신률로 인한 아티팩트가 있습니다.
[1] A. M. Nicolson, "Forming the fast Fourier transform of a step response in time-domain metrology," Electronic Letters, Volume 9, Issue 14, p. 317, 1973.
이 측정값을 VNA 측정값과 비교하였습니다. PCIe Gen4 ISI 보드에서 ISI가 발생하므로 관련 트레이스를 측정하고(디퍼런셜) 주파수 도메인에서 전송 기능과 산란 파라미터 디퍼런셜/디퍼런셜(S21 DD)을 비교하였습니다(그림 4 참조).
두 측정치 모두 0 Hz ~ 16 GHz 대역에서 상당히 일치하는 것으로 나타납니다. 크기 편차는 1 dB 미만이며 위상 편차는 5° 미만입니다.
R&S®RTP 및 R&S®RTO2000 오실로스코프는 신호 무결성을 위한 디지털 고속 신호를 분석합니다 오실로스코프는 TJ, RJ, PJ, DDJ와 같이 잘 알려진 지터 성분을 정밀 측정합니다. 오실로스코프는 또한 DDJ의 원인이 되는 전송 기능을 내재적으로 분석합니다. 접근이 어렵고 주파수에서 신호 드라이버의 출력 임피던스를 알 수 없는 경우가 일반적이기 때문에 전송 경로의 개별 성분을 각각 특성분석하는 것은 쉽지 않습니다. 따라서 DDJ의 소스를 파악하기 위한 핵심은 전송 기능을 내재적으로 측정하는 것입니다.
