Fail AnalysisFail Analysis

ジッタの測定ジッタの測定

Rj Jitter FFT

Jitter Trend Jitter Histogram Waveform

E2681A ジッタ解析ソフトウェア

SSC の解析 SSC の解析

←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)

Gfx カードからの SSC が漏れでてしまう場合

30kHz

インピーダンス・コントロールインピーダンス・コントロール

1 9 17

8 16 24

T.M.D.S. Clock+

T.M.D.S. Clock-T.M.D.S. Sheild +5V Power

Ground T.M.D.S.

Data2-T.M.D.S. Data2+

T.M.D.S. Data4-T.M.D.S. Data4+

T.M.D.S. Sheild2/4

T.M.D.S. Data1-T.M.D.S. Data1+

T.M.D.S. Data3-T.M.D.S. Data3+

T.M.D.S. Sheild1/3

T.M.D.S. Data0-T.M.D.S. Data0+

T.M.D.S.

Data0-レセプタクル・コネクタのピン配置レセプタクル・コネクタのピン配置

→NA やTDR オシロスコープが有効

自動測定ツール自動測定ツール

•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)

まとめまとめ

•

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）

ハイススピードプロービング・ソリューションハイススピードプロービング・ソリューション

2003年7月

アジレント・テクノロジー(株)

オシロスコープ測定におけるプロービング

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アクティブ回路での信号プロービングアクティブ回路での信号プロービング

•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?

プローブによる信号測定

200 psec rise time signal 1 nsec/div

Ringing @ ~ 1 GHz

Courtesy of Mike McTigue and Dave Dascher, Agilent

Agilent 1158A Active Probe, (推奨フィクスチャをしていない場合)

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シグナル・インテグリティとは何か ? シグナル・インテグリティとは何か ?

3 インチの長さのPCB トレース

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？

ドライバレシーバレシーバ

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一般的なシグナルインテグリティの問題 1:

• 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。

3 インチ長のPCBトレース

ドライバレシーバレシーバ

(low impedance) (~ 50 Ohms) (high impedance)(high impedance)

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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

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)

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目的 & 内容目的 & 内容

• ^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

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プロービングの影響プロービングの影響

• 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

Click to edit Master subtitle style_{測定対象回路}

簡略化したプローブ負荷モデル簡略化したプローブ負荷モデル

Zsource

CPROBE

R_PROBE

LGROUND

L_SIGNAL

プローブ

抵抗性、容量性、誘導性負荷の影響を考慮する必要あり

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プローブのインピーダンス特性とその影響プローブのインピーダンス特性とその影響

f_RES ¹

2 π LC

R =

|Z|

f_RES f

抵抗性

•バイアス変化

•振幅低下

•オフセット変化

容量性

•立上り時間変化

•伝搬遅延増加

•帯域幅低下

L/C相互効果

•共振LCタンク

•Z低下

R_PROBE>10 R_SOURCE 最少プローブ容量

最短で接続 (1nH/mm)

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信号はプローブのインピーダンスをどう感じるか?

•

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 Ohms @ 1 GHz!

• ^多重共振

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)

Courtesy of Mike McTigue and Dave Dascher, Agilent

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プローブの回路モデル: Agilent ADSによる結果プローブの回路モデル: Agilent ADSによる結果

•

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。

•

^{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

Measured impedance Modeled impedance 123 fF 196 fF 667 fF

21 nH 26 nH

84 Ω 10 Ω

25k Ω Probe

tip

Courtesy of Mike McTigue and Dave Dascher, Agilent

Click to edit Master subtitle style Step 2: 抵抗によるリンギングの減衰 Step 2: 抵抗によるリンギングの減衰

• ^{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

R の評価はQ = 1 に基づく R_damping

C L R Q= 1

R =100 ～250 Ω

with resistor without resistor

Measured impedance looking into the probe

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プロービングの影響（デモ）

CAL CH_1 CH_2

via probe

No probe

50Ωスルー基板

with probe

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^{正確な方法}

•V_INを測定

•V_OUTを測定

•V_OUT/ V_INを計算

プローブ伝送特性の評価方法

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例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

Ohms

Frequency (Hz) 2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

10⁴ 10⁹

1 5

10 10⁵

Frequency (Hz) 2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

10⁴ 10⁹

入力インピーダンス

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例: #1 - 2.5GHz Probes, 2”接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

Amplitude (dB)

-5 0 15

0 -10

Frequency (Hz)

10⁴ 10⁹

2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

V_OUT

V_IN

V_OUT/ V_IN

Amplitude (dB)

-15 0 15

0 -10

Frequency (Hz)

10⁴ 10⁹

2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

V_OUT V_IN

V_OUT/ V_IN

伝送特性

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66MHz クロック, 250ps 立上り時間

-1

Volts

10 20 0

Time (ns)

-1

Volts

20 0 10

Time (ns)

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

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250MHz クロック, 250ps 立上り時間

5 1.5

-1.5

Volts

0 2.5

Time (ns) Time (ns)

1.5

-1.5

Volts

5 0 2.5

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

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500MHz クロック, 250ps 立上り時間

-1

Volts

2.5 5 0

Time (ns)

-1

Volts

5 0 2.5

Time (ns)

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

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750MHz クロック, 250ps 立上り時間

5 2

-2

Volts

0 2.5

Time (ns)

-2

Volts

5 0 2.5

Time (ns)

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

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例 : #2 - 4GHz Probes, ソケット接続（最短接続）

Ohms

Frequency (Hz) 2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

10⁴ 10⁹

1 5

10 10⁵

Frequency (Hz) 2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

10⁴ 10⁹

入力インピーダンス

30Ω

125Ω

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Frequency (Hz)

Amplitude (dB)

10⁵ 10⁹

-56 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 0

-6

V_OUT/ V_IN

V_IN V_OUT

Frequency (Hz)

Amplitude (dB)

10⁵ 10⁹

-66 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 0

5 0

-6

V_OUT/ V_IN V_OUT

V_IN

-3 dB at 4.2 GHz +3 dB at 2.8 GHz

-3 dB at 4.8 GHz

伝送特性

例 : #2 - 4GHz Probes, ソケット接続（最短接続）

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例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続

Ohms

Frequency (Hz) 2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

10⁴ 10⁹

1 5

10 10⁵

Frequency (Hz) 2 4 6 18

6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6

10⁴ 10⁹

入力インピーダンス

165Ω 40Ω

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Frequency (Hz)

Amplitude (dB)

10⁵ 10⁹

-66 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 0

5 0

-6

V_OUT/ V_IN

V_OUT V_IN

Frequency (Hz)

Amplitude (dB)

10⁵ 10⁹

-66 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 18 2 4 6 0

-6

V_OUT/ V_IN

V_OUT V_IN

伝送特性

+3 dB at 1.8 GHz

-3 dB at 3.1 GHz -3 dB at 3.5 GHz

例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続

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　オシロスコーププロービング　まとめ１　オシロスコーププロービング　まとめ１

z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。

z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。

z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。

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オシロスコーププロービング　まとめ 2 オシロスコーププロービング　まとめ 2

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！

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プロービングの使用形態とトレードプロービングの使用形態とトレード

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。

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オシロスコーププロービング　まとめ 3 オシロスコーププロービング　まとめ 3

△

〇

1158A シリーズ

（ダンピング抵抗付）

×

従来のプローブ

（ダンピング抵抗無し）

帯域の維持信号の

忠実性

〇

1158A シリーズ

（ダンピング抵抗付）

〇

△

従来のプローブ

（ダンピング抵抗無し）

帯域の維持信号の

忠実性

最短の接続距離で使用

（使い勝手や届く範囲に難あり）

リード線数センチ分の余裕を持った使用方法

（使い勝手優先）

進化の流れ

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• 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

今までのアクティブプローブの問題点今までのアクティブプローブの問題点

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プローブシステムプローブシステム

プローブヘッドの先端で帯域を保証いたします。

1131A 3.5GHz 1132A

5GHz 1134A

7GHz

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)

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)

プローブヘッドプローブヘッド

プローブシステムの利点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

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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)

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)

「使える」プローブ・システム

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。

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。

ハンズ・フリーのプロービングもサポート

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従来のアクティブプローブ：例 1158A 従来のアクティブプローブ：例 1158A

∼5 cm ∼1.3 m Probe Cable

ZO = 50Ω

Oscilloscope

50Ω 50Ω

Amplifier that is nominally flat with frequency

ここの長さが帯域に影響をここの長さが帯域に影響を及ぼします

及ぼします sig gnd

Traditional Active Probe Using Wire Accessories

L L L L L L ダンピング抵抗ダンピング抵抗

ドキュメント内 Microsoft Word JA.\...doc (ページ 59-84)

ジッタの測定 ジッタの測定

SSC の解析 SSC の解析

Gfx カードからの SSC が漏れでてしまう場合

インピーダンス・コントロール インピーダンス・コントロール

自動測定ツール 自動測定ツール

まとめ まとめ

•

•

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）

ハイススピードプロービング・ソリューション 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

アクティブ回路での信号プロービング アクティブ回路での信号プロービング

シグナル・インテグリティとは何か ? シグナル・インテグリティとは何か ?

一般的なシグナルインテグリティの問題 1:

一般的なシグナルインテグリティの問題 1:

• 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。

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 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

目的 & 内容 目的 & 内容

• 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

•

プロービングの影響 プロービングの影響

• 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

•

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 簡略化したプローブ負荷モデル

抵抗性、容量性、誘導性負荷の影響を考慮する必要あり

プローブのインピーダンス特性とその影響 プローブのインピーダンス特性とその影響

抵抗性

容量性

L/C相互効果

信号はプローブのインピーダンスをどう感じるか?

信号はプローブのインピーダンスをどう感じるか?

•

プローブの回路モデル: Agilent ADSによる結果 プローブの回路モデル: Agilent ADSによる結果

•

•

•

•

• 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

プロービングの影響（デモ）

プロービングの影響（デモ）

正確な方法

プローブ伝送特性の評価方法

プローブ伝送特性の評価方法

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき 例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例: #1 - 2.5GHz Probes, 2”接続リード線つき 例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき 例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき 例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #2 - 4GHz Probes, ソケット接続（最短接続）

例 : #2 - 4GHz Probes, ソケット接続（最短接続）

例 : #2 - 4GHz Probes, ソケット接続（最短接続）

例 : #2 - 4GHz Probes, ソケット接続（最短接続）

例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続 例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続

例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続

例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続

オシロスコーププロービング まとめ１ オシロスコーププロービング まとめ１

ジッタの測定ジッタの測定

インピーダンス・コントロールインピーダンス・コントロール

自動測定ツール自動測定ツール

まとめまとめ

• 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

ハイススピードプロービング・ソリューションハイススピードプロービング・ソリューション

アクティブ回路での信号プロービングアクティブ回路での信号プロービング

• 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。

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

目的 & 内容目的 & 内容

• ^目的

• ^内容

^{等価回路モデル}

^{特性の測定例}

プロービングの影響プロービングの影響

• ^{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簡略化したプローブ負荷モデル

プローブのインピーダンス特性とその影響プローブのインピーダンス特性とその影響

プローブの回路モデル: Agilent ADSによる結果プローブの回路モデル: Agilent ADSによる結果

• ^{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

^{正確な方法}

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例: #1 - 2.5GHz Probes, 2”接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき例 : #1 - 2.5GHz Probes, 2” 接続リード線つき

例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続例 : #3 - 4GHz Probes, ブラウザ接続

　オシロスコーププロービング　まとめ１　オシロスコーププロービング　まとめ１

オシロスコーププロービング　まとめ 2 オシロスコーププロービング　まとめ 2

プロービングの使用形態とトレードプロービングの使用形態とトレード

オシロスコーププロービング　まとめ 3 オシロスコーププロービング　まとめ 3

帯域の維持信号の

帯域の維持信号の

リード線数センチ分の余裕を持った使用方法

　同時に広帯域を達成できていない

今までのアクティブプローブの問題点今までのアクティブプローブの問題点

プローブシステムプローブシステム

の紹介　　　　

の紹介　　　　

プローブヘッドプローブヘッド