PCB技術 - 高速回路設計における信号完全性問題の高速位置

In high-speed circuitデザイン, シグナル完全性問題を見つける伝統的な方法は、イベントを隔離するためにハードウェアトリガーを使用することです, and/またはイベントをキャプチャする深い取得とストレージ技術を使用して, それから、問題を探す. 高性能回路システムの速度と複雑さが増加し続けて, 信号完全性問題を見つけるためのオシロスコープを使用する限界は徐々に顕著になる.

新しいイベントロケーション技術の出現により、この状況は大きく変わります。最終的に、この強力なイベントの位置システムは、効果的に設計エンジニアが迅速かつ容易に信号の整合性の問題を見つけるのに役立ちます。

伝統的な信号完全性問題の位置法

伝統的なハードウェアトリガー/深い取得と記憶方法は、信号完全性問題を見つける際に、2つの主な利点を持ちます。

まず、関連するイベントをロックするためにハードウェアトリガーを使用するとき、無駄な時間はありません。ハードウェアトリガーシステムは、ターゲットイベントが見つかるまでオシロスコープ取得システムを実行し続ける。ターゲットイベントがロックされると、ハードウェアトリガー回路がオシロスコープのデータ取得作業を完了し、イベントが同時に画面の中央に表示されます。この方法は実に便利です。

第2に、深い取得と記憶技術を使用して、ユーザーは目標システムによって直面した信号完全性問題のタイプを知る必要はありません。彼らは、最大ストレージモードにオシロスコープを設定する必要があり、エッジトリガまたは自動トリガにトリガモードを設定し、その後オシロスコープだけで実行を開始することができます。オシロスコープはターゲットシステムの実行の比較的長いスクリーンショットをキャプチャし、ユーザーは問題のあるイベントがあるかどうかをいつでも解析することができます。この手法は「スワロー・ウォロー」技術とも呼ばれる。

設計を検証するためにオシロスコープを使用するこれらの方法は非常に効果的であり、電子設計技術者のコミュニティに深く根ざしている。しかし、テスト/測定産業の新興技術と比較して、このアプローチは多くの制限を持ちます。

信号完全性問題を解く新しい方法

シグナル完全性問題を見つける新しい方法はイベント認識ソフトウェアです。イベント認識ソフトウェアは、本質的に一種のインテリジェントソフトウェアです。このソフトウェアは、信号問題を持つ様々な信号の整合性の問題やイベントを見つけるためにオシロスコープによってキャプチャ波形をスキャンします。このメソッドには、ハードウェアトリガーメソッドの“Dead time”機能がありません。これは、以前に捕捉されたデータを後処理するときに固有の「デッドタイム」が存在するためであり、それは深い取得および記憶技術によって提供される「広い範囲」を有しない。能力を保存し、調査。しかし、イベント認識ソフトウェアは、より多くのオシロスコープユーザを集めている次のようないくつかのユニークな利点を持っています。

複数のイベントの同時監視：ハードウェアトリガ法は、1つの問題イベントを特定することができ、ハードウェアトリガー回路は特定のイベントが発生したときにトリガするように設定されます。イベント認識ソフトウェアはこの制限の影響を受けません。ソフトウェアは、同時に任意のチャネルまたは複数のチャネル上の5つのイベントをスキャンするようにプログラムすることができます。これは、信号完全性問題の潜在的原因の範囲を徐々に狭くし、複雑に関連する事象を隔離するのに要する時間を大幅に短縮することができる。

2 .同じイベントが複数回起こる状況を見つけてください。ハードウェアトリガー回路は、1キャプチャあたりのイベントの発生を識別するだけです。実際には、イベントがハードウェアによって分離される前または後に、イベントが繰り返し表示されますが、ハードウェアトリガーメソッドは、これらの定期的なイベントを見つけることができません。イベント認識ソフトウェアは、これを行うことができます、それは波形メモリによってキャプチャされたイベントのすべての出現を見つけることができます。したがって、設計技術者は、最初の障害だけでなく、第2および第3の障害も見つけることができる。

イベントナビゲーション：ユーザーが深い記憶を通して長い波形を捕えたならば、次のステップは非常に退屈で誤りがちな手作業です。深さのコレクションとストレージ技術は、10000画面上の情報を収集することができます。すべてのこの情報を手動でレビューすることは非実用的です。これらのオシロスコープデータをコントローラに送り、カスタマイズされたソフトウェアを書くことで、これらのデータを分析することも非現実的で、時間がかかります。一旦イベント認識ソフトウェアが標的イベントの全ての発生を識別すると、それはDVDプレーヤの直観的なプレイバック・コントロール・キーを使用しているイベントの多重出現の間で前後に切り換えることができる。Agilent DSO 81304 Bオシロスコープを使用したテスト例です。

図1 :ナビゲーションバー（画面の下部）が自動的に最大5つのイベント（いずれかの4つのオシロスコープチャンネルのいずれか）のいずれかに移動することができます。図中のオシロスコープは、AXとBXとの2チャンネル間のパルス幅の差を求めている。

複数のイベントを識別する：典型的なハードウェアトリガシステムは、イベントまたはトリガーモードの約10種類を分離することができます。しかし、新しいハードウェアトリガーモードを開発することは、オシロスコープメーカーのために非常に面倒です。比較的に、イベント認識ソフトウェアを開発するコストははるかに少ない。現在のイベント認識ソフトウェアは、波形測定（現代のオシロスコープが30以上の波形測定を実行することができる）によって測定されることができるどんなイベントも孤立させることができて、不正確な信号端末に起因する非単調なエッジのような問題のイベントを見つけることもできます。非単調エッジのような小さな波形現象をトリガするためにハードウェアトリガ回路を使用することはほとんど不可能である。

イベントの速度を特定する：ハードウェアトリガ回路の速度は、主にトランジスタの速度に影響され、アナログ技術を使用する。現在、最もハイエンドのハードウェアトリガー回路は300 psのパルス幅（またはパルス干渉）トリガ、および3.25 Gbpsのシリアルトリガ（シリアルトリガ）として達成することができます。これらの指標は優れていますが、ハードウェアのトリガー回路の速度はまだ今日のトップシステムの8.5 Gbps以上の速度に追いつくことはできません。イベント認識ソフトウェアは、オシロスコープのサンプリングレートによって制限され、本質的にデジタル技術を使用します。産業主導のオシロスコープのサンプリングレートは、40 GSpと非常に高く、ソフトウェアイベント認識システムを通してイベントを認識する速度は、ハードウェアトリガーモードよりもずっと速い。新技術はパルス幅70 psの事象を観測でき，そのシーケンス探索速度は8.5 gbpsに達することができる（図2に示す別の高速信号試験例を参照）。

図2 : Agilent Infiniiscanソフトウェアは、単一のビットパルスのシンボル間干渉（ISI）に起因するAXとBXの間の36 psの超高速立ち上がり時間を識別することができます。

イベントの識別の解決：ハードウェアトリガー回路の時間分解能は比較的低い。異なるトリガーイベント、波形信号の特性、およびトリガーイベントにつながる特定の波形の活動によると、解像度は約数百または数百ピコ秒です。いくつかのより正確な指標が測定される必要があるとき、この解決はもはや要件を満たすことができません（すなわち、誤りが起こるかもしれません）。ソフトウェアイベント認識が純粋にデジタル信号処理であるように、1～16のサンプリングポイント補間アルゴリズムのようなDSP技術は、効果的にイベント解決を改良するために用いることができる。イベントパスレートの検査をピコ秒レベルにすることができます。図2は、オシロスコープが36 psの立ち上がりエッジを認識したときの波形を示す。

7 .可視化することができます：イベント認識ソフトウェアの最も魅力的な側面は、“ゾーンファインダー”機能です。多くのオシロスコープのユーザーが画面上に時折断続的な信号が点滅表示されますが、それをロックするには、停止ボタンを押すには遅すぎる。通常この場合、ユーザーはオシロスコープを単一の取得モードに設定し、単一のトリガーキー（時には何度も押される必要があります）を押し続けて、効果的にイベントをキャプチャします。ほとんどの場合、この結果はあなたの指を痛めるだけです。エリア検出器は、ユーザーが画面上の領域を描画することができます。ユーザはこのエリアで点滅する間欠信号を観察することができる。この信号の波形が次の瞬間に点滅すると、オシロスコープが自動的に停止し、波形を明確に表示します。図2は、2つの領域を有する例を示す。この機能は通常非常に有用です。

図3 :間隔ファインダ機能は、第2の領域（下側の中心のポジションの正方形の領域）の波形が必要である間、入力されなかった第1の領域（左上隅の正方形領域）を分離できる。図のオシロスコープは、1つの「1」ビットをすぐに3つの「0」ビットで孤立させることができます。

ハードウェアトリガと同期する：プログラマブル遅延機構を通して、イベント認識ソフトウェアをハードウェアトリガ機構と共に使用することができる。言い換えれば、定義されたハードウェアイベントが指定された期間の間遅延されるときに、この方法は発生するソフトウェア定義されたイベントを捕えることができる。このソフトウェアおよびハードウェア組合せシステムはトリガーシーケンサを生成することができるか、ハードウェアがソフトウェアによって、チェックされる波形を制限するために用いることができる。そして、それによって、効率を改良する。

イベント認識ソフトウェアは、信号完全性問題を特定するための従来のハードウェアトリガまたは深い取得および記憶方法に対する有効な補足である。オシロスコープが「デッドタイム」問題を持たない場合、すなわち、イベントの頻度が1秒につき1回より大きい（1秒が高速回路のための長い時間である）ときに、イベント認識ソフトウェアの新技術は、電子設計における信号完全性問題のための最も効果的で柔軟なツールの1つを位置決めすることになる。