Microsoft Word JA.\...doc

(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

(2)

(3)

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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 36

(4)

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

　

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

　

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

• 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

本日のスケジュール

(5)

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

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

には

3

3 つの転送速度があります。

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 - 一般情報

USB2.0

USB1.1

LS/FS

HS

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

Host /

System

Devices

Hub

Down stream Up stream

• 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

V

BUS

_D+

D-Ground

(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（BW=0.35/Tr) Max 5MHz Max 90MHz Max 700MHz 必要とされるオシロの帯域 (x 3 での計算） 15MHz 約270MHz 約2GHz

• 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

USB2.0: 信号品質への新たなチャレンジ

(7)

USB2.0 ベーシック -ロゴや表記について

Hi-Speed 用ロゴ

Full/Low Speed 用ロゴ

ロゴの使用には

Trademark License Agreement の締結が必要

USB のロゴ

これはロゴではなく

icon です

（認定にはなりません）

様ご提供資料

USB の正しい表記

Hi-Speed USB2.0

High Speed USB2.0

USB2.0 Hi-Speed

Full Speed USB2.0

USB Full Speed

Hi-Speed の場合

Full Speed の場合

• 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

USB2.0 Hi-Speed テストプロシージャ

USB2.0 Hi

USB2.0 Hi-

-Speed

Speed

テストプロシージャ

USB2.0: テストの手法

(8)

USB2.0: ダウンロードウェブサイト

http://www.usb.org/developers/docs.html

• 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

本日のスケジュール

(9)

Agilent USB2.0 オシロソリューション

信号品質テスト

Inrush Current

テスト

Droop/Drop

テスト

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 90 90ΩΩ テスト用ソフトウェア

オシロスコープ

USB 2.0

テスト

フィクスチャ‐

HS Relay HS Relay HS Relay

差動プローブ

DUT

データデータ転送転送

時間のかかる従来の測定方法

(10)

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

!

速くて正確

! Agilent のソリューション

速くて正確

! Agilent のソリューション

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。

オシロスコープ

マルチメーター

TDR

Hi

-

Speed

フィクスチャー

SQiDD

フィクスチャー

ロジアナ

+

解析プローブ

パルス

ジェネレーター

USB2.0

スタートアップ

(11)

• 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

本日のスケジュール

1996

2002

USB 2.0 USB 1.1

• 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。

(www.usb.org/developers/docs.html

)

• 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。

USB2.0 コンプライアンステストとは・・・

(12)

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とは・・・

• Device Framework Test

• Interoperability Test

• Electrical Test

USB2.0 コンプライアンス・テスト

(13)

USB2.0 コンプライアンス・テスト

不合格の内訳

29%

31%

40%

Electrical

Device Framework

Interoperability

合格率：

66.7％

不合格率：

33.3 _33.3

％

（2002年6月調査） 様ご提供資料

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。

http://www.usb.org/developers/tools.html

(14)

USB2.0 Interoperability Test

Windows

XP

Windows

2000

(Windows 98

は

HS

ではサポート

されていません！

)

The Golden Tree (2003)

USB2.0 Interoperability Test

• 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）

不合格の内訳

(15)

• 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

本日のスケジュール

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

)

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

USB2.0 Electrical Test （デバイスの場合）

FS/LS

(16)

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

HS Electrical Test Tool

http://www.usb.org/developers/tools.html

USB2.0 Electrical Test: 必要なツール

5段

ハブがテスト

に使用されます

USB2.0: The Signal Quality Test

USB

Plugfest

会場

(Full Speed

(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

Host /

System

Devices

Hub

Down stream Up stream

• 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

V

BUS

_D+

D-Ground

Upstream Test のときの設定

隣接

デバイス

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。

Host / System Devices Hub Up stream

USB システム

(PC)

HS ホスト

HUB

HSHUB

HUB

テスト

デバイス

D

-

: CH1

D+ : CH2

SQiDD テストフィクスチャー

5m のケーブル

が使用されます

FS/LS 波形品質ストのセットアップ方法

(18)

FS/LS波形品質テスト用新ツール

HS Electrical Test Tool

http://www.usb.org/developers/tools.html

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

（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）

FS波形品質テスト

測定には

パッシブプローブ

を使用

(19)

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: 170.2029ns EOP width passes

•Receivers: reliable operation on tier 6

receivers pass

•Measured signaling rate: 12.027740MHz

signal rate passes

•Crossover voltage range: 1.1982V to 1.4441V, mean crossover 1.3339V

(first crossover at 1.2662V, 10 other differential crossovers checked)

*** crossover voltage failure! *** (minimum 1.3000V, maximum 2.0000V)

*** waiver granted ***

•Consecutive jitter range: -1703.52ps to 2268.87ps, RMS jitter 1183.81ps

Paired JK jitter range: -1106.65ps to 0.00ps, RMS jitter 576.53ps Paired KJ jitter range: -584.58ps to 0.00ps, RMS jitter 409.71ps

*** jitter failure ***

(max consecutive jitter 2000.00ps, max paired jitter 1000.00ps)

*** waiver granted ***

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

Full Speed USB2.0 テスト結果の例・見方

Measured items

D+

green

D-

blue

common mode purple

voltage

Crossover

yellow

location

diamond

eye diagram

yellow

reference point circle

eye violation

red dots

テスト結果の表の見方

- 1

(20)

テスト結果の表の見方

- 2

テスト結果の表の見方

- 2

Measured items

D+

green

D-

blue

common mode purple

voltage

Crossover

yellow

location

diamond

eye diagram

yellow

reference point circle

eye violation

red dots

例

: クロスポイントによる不合格

例

: クロスポイントによる不合格

Full Speed USB2.0テスト結果の例

• 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。

(21)

情報：

Matlab Script ver. 1.30 vs. 2.01

情報：

Matlab Script ver. 1.30 vs. 2.01

•

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。

• 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

本日のスケジュール

(22)

Hi-Speed USB2.0: 必要な計測器

TDR TDRテストはオプション･テストですテストはオプション･テストです Infiniium DCA 86100B + 54754A TDR 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 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 90 90ΩΩ HS Relay HS Relay HS Relay

差動プローブ

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。

HS 波形品質ストのセットアップ方法

(23)

差動プローブ

で測定

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 01111111

SYNC PID(IN)ADDR ENDP CRC EOP

Hi-Speedパケットストラクチャー

• 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。

Hi-Speed のプロービング

(24)

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)

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）

Hi-Speed 波形品質測定

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 Programweb 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: 480.0641MHz

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

Hi-Speed USB2.0 テスト結果例

(25)

Near End vs. Far 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

)

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)

Hi-Speed USB2.0テスト結果例

アイパターンの見方

setup hold Jitter Loss/Noise

1 UI =2.083ns (480Mbps)

Loss/Noise Jitter

(26)

• 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

!　

dt

dI

Lm

V

noise, Lm

=

dt

dV

Cm

I

noise, cm

=

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）。

Hi-Speed 波形品質向上のデザインアドバイス

(27)

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！

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-) Ch 1 : D-, Ch2 : D+ (D+) – (D-)

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！

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 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

理想の波形

D- に25% のスキュー

D- に75％のスキュー

D- に50％のスキュー

D+: D-: 差動:

(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！

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 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

理想の波形

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

D- のレベルが 90% のとき

D- のレベルが 80% のとき

D+: D-: 差動:

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！

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

D+/D-

-

にスキューがあった時

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

理想の波形

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

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

D+: D-: 差動:

(29)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

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！

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？

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

D+ の立ち上りが遅いとき

D- に25% のスキュー

答え：

D+: D-: 差動:

• 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。

差動信号は、

同相ノイズに強い。

D+

D-差動

= 同相ノイズ = 差動ノイズ

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！

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！

(30)

• 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。

プローブは信号波形を歪ませることがある。

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

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。

ダンピング抵抗無しダンピング抵抗無しプローブの波形プローブの波形ダンピング抵抗付きダンピング抵抗付きプローブの波形プローブの波形プローブの負プローブの負荷の乗った荷の乗った SMA SMA直結の波直結の波形形 SMA SMA直結の波形直結の波形

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

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

(31)

USB2.0 波形品質テスト不合格内訳

• Signal Eye (Eye Pattern) Fail

37.5%

• End of Packet Width Fail:

62.5%

(2002年6月調査）

不合格の内訳

様ご提供資料

その他の

Full/Low Speed Electrical Tests

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)

(32)

その他の

Full/Low Speed Electrical Tests

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

7.2.3 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7.2.1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

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。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

その他の

Hi-Speed Electrical Tests

(33)

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_21

仕様：

SYNC は 32bit

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_25

仕様：

EOP は 8 bit NRZ

Hi-Speed USB 2.0パケットパラメーターテスト

Hi-Speed USB2.0 CHIRP, Suspend/Resume/Reset

Hi

-

Speed USB2.0 CHIRP, Suspend/Resume/Reset

DUT

90

90ΩΩ

Hi

-

Speed USB2.0

テストフィクスチャｰ

Hi-Speed USB 2.0 タイミングテスト

パッシブ・

アクティブ

プローブ

どちらでも

OK

オシロスコープ

(34)

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 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。

Rpu が USB製品が Full

Speed か Low Speed か

を決定（

D+ = Full / D- =

Low)

Hi-Speed USB 2.0タイミングテスト

Reset duration

CHIRP K

Duration

HS termination

assertion

CHIRP K (1ms <-> 7ms) Device’s Chip Latency

(2.5us <-> 3ms) Device turns on_{HS termination} Chirp KJKJKJ

(Within 500us)

EL_29

仕様：

chirp K 継続時間は 1ms 以上 7ms 未満

Hi-Speed USB 2.0 Chirp Test

(35)

サスペンド･タイミング

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_38 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)

リズーム・タイミング

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。 EL_40

Hi-Speed USB 2.0 Suspend/Resume 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。

Hi-Speed USB 2.0 Reset Test

(36)

パルス

ジェネレーター

HS Relay HS Relay HS Relay

DUT

D

UT

SMA SMA

差動プローブ

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

オシロスコープ

EL_17 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。 Note: waiver: 150mV +/-50mV EL_16 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) Note: Waiver: 100mV +/-50mV Data generator Packet Device response Packet

EL_18 仕様：Hi-speed デバイスは 12 bit SYNC パケットに反応すること

Hi-Speed USB 2.0 Receiver Sensitivity

(37)

• 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

本日のスケジュール

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。

USB2.0 の測定アドバイス

(38)

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①

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。

オシロスコープ

マルチメーター

TDR

Hi

-

Speed

フィクスチャー

SQiDD

フィクスチャー

ロジアナ

+

解析プローブ

パルス

ジェネレーター

USB2.0

スタートアップ

(39)

presented by: Ginga Nagamine

Application Engineer

ＤＶＩ規格の概要と測定手法

Rev1.0 July 18, 2003

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

(40)

DVI とは？

Cable/Connector

Display

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

Projector

Video/Graphics Card

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

• http://www.ddwg.org

(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

8bit 256 color 16bit 65536 color 24bit color 16,777,215 color 32bit color 4,294,967,295 color 4bit 16 color

解像度

色数

1フレームの情報量の増大／高速伝送が必要

640x480 dot : VGA 800x600 dot : SVGA 1024x768 dot : XGA 1280x1024 dot : SXGA 1600x1200 dot : UXGA 25MHz 40MHz 65MHz 112MHz 165MHz

(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？

?

(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

(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？

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

最低「

2.1GHz、5.25GSa

」のオシロスコープが必要

**(*)**

* ブリックウォール特性のオシロスコープでの計算例

(45)

デバイスの

SPEC 比較

デバイスの

SPEC 比較

Tr / Tf

(min|Typ|max)

• DVI1.0 Transmitter

• Rise/Fall

• | 75 | -

| 0.4Tbit | ps

• Sil164 Transmitter

• Shlt/Slht

• | 170 | 200 | 230 | ps

• THC63DV164

• Tslh/ Tshl

• | 300 | 500 | 700 | ps

Vidiff

•

DVI1.0 Receiver(min|Typ|max)

•

Vidiff

•

| 150 | - | 1200 | mV

•

Sil161 Receiver

•

Vidiff

•

| 150 | - | 1200 | mV

•

THC63DV161 Receiver

•

Vidiff

•

| 150 | - | 1200 | mV

•

TFP401A

•

Vidiff

•

| 150 | - | 1560 | mV

枠で示した値までは、測れる必要がある

アジレントの

DVI 向けソリューション

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

(46)

１．コンプライアンス・テスト・ソリューション

DDWG Fixture を使用

「DVI Test and Measurement Guide」に基づくテスト

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

•

　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)

リアルタイム・オシロスコープ専用ソフトウェアツール

DVI Test Utility(開発中) + E2988A Serial Bus Mask Test Tool　 + E2681A Jitter Analysis Tool

(47)

E2688A Serial Data Analysis /

Mask Testing with Clock Recovery

E2688A Serial Data Analysis /

Mask Testing with Clock Recovery

•

Infiniium 54850 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

(48)

DVI 仕様

※

T.M.D.S.(Transition Minimized Differential Signaling)

T.M.D.S. Protocol Specification(Section 3)

T.M.D.S. Electrical Specification(Section 4)

Physical Interconnect Specification(Section 5)

DVI Test and Measurement Guide

DVI 仕様書

DDWG Electrical Test Working Group 電気特性テストガイド

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）

(49)

Tpixel, Tbit の定義

Tpixel

(1clock) 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

Tbit

(1UI) 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) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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

例: PCI Express, InfiniBand, Ethernet Family(10,100,GbE)

Encode algorithm

Decode algorithm

(50)

コンプライアンス・テストの測定項目

Receiver Transmitter •Cable Assembly •Connector •PCB(Transmitter & Receiver Network) Transmission Line •LSI(MUX) •Component •Video Test Tool •Set(PC, Video card, etc…) •Check to see (or PERT) •Zterm •Intra-skew •Inter-skew •Eye Pattern Or •NEXT/FEXT •Attenuation •Intra-skew •Delay •Zdiff •Rise/Fall Time •Intra-skew •Inter-skew •Clock Jitter •Eye Pattern •LSI(DeMUX) •Component •Set (Display, projector, etc… ) Product Test & Measurement Type Oscilloscope TDR/NA

Video Test Tool

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

Transmitter _Receiver

TP2 TP3

TPA-P

(Plug) (Receptacle)TPA-R

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 http://www.ddwg.org/downloads.html Cable Assembly Transmitter Network Reciever Network

(51)

治具の回路図

TPA-P/TPA-R 治具

5V or 3.3V with Jumper config

DDWG治具は終端と Clock Recovery を提供 Rx0+ Rx0-Rx1+ Rx1-Rx2+ Rx2-RxC+ RxC-PLLCLK Tr ans m itt er N et w or k or C abl e A sse m bl y Clk Recovery Re ce iv er Ne two rk or O sc ill oscope テスト対象PC

アイ・パターン測定

広帯域オシロスコープ（54855A/86100B等） 広帯域低容量FETプローブ（必須） または差動プローブ SMAケーブル Rx+ Rx-Clk TPA-P DV I-Pl ug SMAコネクタ(4Tbit(2.5倍)) Rx0 ～ Rx2 プロービングポイント Clock Recovery 回路 TPA-P PCまたは、 Video Card へ (注意:写真はTPA-R) トランスミッタのセットアップ例（TP2マスクで評価）

(52)

アイ・パターン測定結果

サンプリングオシロスコープの結果

86100B + 54754A

1134A 7GHz InfiniMax probe

リアルタイムオシロスコープの結果

Infiniium 54855A

1134A 7GHz InfiniMax probe

DDWG 治具によりコンプライアンス基準での測定が可能

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 mean,max,min,rms を統計表示 DVI のシリアルリンク 4ch 同時 20GSa 測定で測定効率大幅Up! ←のパラメータ測定が 4ch パラレルに走ります

(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 (1st_{/ 2}nd_{Order PLL} with Loop BW = 3.2 ~ 4.8 MHz 20dB/dec) Clock 165MHz 165MHz Recovered Clock Total Jitter Scope Trigger

•

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

(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

広帯域低容量FETプローブ または差動プローブ SMAケーブル テスト対象ケーブル広帯域オシロスコープ Fixture Tx+ Tx-Clk DV I-Rc pt Rx+ Rx-Clk TPA-R DV I-Rc pt パルスジェネレータ等 Equivalent Source

•

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)

(55)

テスト用波形の作成のセットアップ

Fixture Tx+ Tx-Clk DV I-Rc pt Equivalent Source 広帯域オシロスコープ Rx+ Rx-Clk TPA-R DV I-Rc pt パルスジェネレータ等

Cable Test Low-amplitude Eye Mask Cable Test High-amplitude Eye Mask

テスト用波形作成用のマスクテンプレート広帯域低容量FETプローブ 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

100ohm±20% Differential Impedance 5.05ns/meter Propagation Delay 151ps Intra-pair Skew 8dB at 825MHz Differential Attenuation 3%

Far End Crosstalk

4%

Near End Crosstalk

Value Parameter

(56)

PCB デザインと検証

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

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

h

w3

t

e

r

w1

w2

レシーバ測定

DVI ケーブル テスト対象ディスプレイ Fixture Tx+ Tx-Clk DV I-Rc pt SMAケーブル パルスジェネレータ等 Equivalent Source 9sec 112MHz SXGA Time Clock Freq Resolution 6sec 165MHz UXGA 15sec 65MHz XGA 40MHz 25sec SVGA 25MHz 40sec VGA 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

•

ディスプレイの目視確認試験が一般的

(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

(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

Tpixel クロック

定倍クロックの再生によるマスクテスト 4定倍クロック 10定倍クロック

Microsoft Word JA.\...doc

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

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 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 36

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

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

高速デジタルシンポジウム

高速デジタルシンポジウム

II

II

USB2.0 コンプライアンス

テストについて

•

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

本日のスケジュール

本日のスケジュール

Universal Serial Bus (USB) 2.0

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

現在の

USB

USB

の規格バージョンは

の規格バージョンは

USB2.0

USB2.0

。

。

USB1.1

USB1.1

の名は以前のレファレンスとしてのみ

の名は以前のレファレンスとしてのみ

使用可能。

使用可能。

USB2.0

USB2.0

には

には

3

3

つの転送速度があります。

つの転送速度があります。

•

Low Speed (LS) = 1.5Mbps

•

Full Speed (FS) = 12Mbps

•

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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 36

USB2.0 コンプライアンス　

USB2.0 コンプライアンス　

_D+