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한용 하
5 years ago
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시리얼라이저-디시리얼라이저 적합성 테스트를 위한 지터 생성 기법 직렬 데이터의 새로운 표준과 플랫폼이 지속적으로 SerDes의 지터 허용치를 규정하는 몇 가지 방법이 등장함에 따라 적합성 및 특성을 측정할 수 있는 효과적인 업계에서 받아들여지고 있지만 설계상의 구체적인 결함을 툴에 대한 필요성이 대두되고 있습니다.

1 시리얼라이저-디시리얼라이저 적합성 테스트를 위한 지터 생성 기법 직렬 데이터의 새로운 표준과 플랫폼이 지속적으로 SerDes의 지터 허용치를 규정하는 몇 가지 방법이 등장함에 따라 적합성 및 특성을 측정할 수 있는 효과적인 업계에서 받아들여지고 있지만 설계상의 구체적인 결함을 툴에 대한 필요성이 대두되고 있습니다. 그 중에서도 언제나 정확히 짚어내는 데에는 한계가 있습니다. 주파수 디지털 설계자들의 관심을 끄는 것은 SerDes(Serializer- 의존형 지터 동작이 그러한 경우입니다. 어떤 지터 Deserializer)와 CDR(Clock and Data Recovery) 회로에서 조건에서는 동기를 상실하고 비트 오류를 보고하지만 다른 지터를 측정하는 솔루션입니다. 경우에는 그러지 않는 SerDes가 있다고 가정해 보십시오. 신호의 지터 문제는 적합성에 있어서 시리얼 장치 실시간 스펙트럼 분석기(RTSA)를 이용해 검사해 보았더니 설계자들이 직면하고 있는 난제 가운데 하나입니다. 지터 주파수가 특정 주파수 범위, 이를테면 4 MHz일 때 아날로그 디자인 분야에서는 면밀히 분석되어 알려진 바가 문제가 있는 것 같았습니다. Tektronix TDSJIT3 v2.0과 같은 많지만 디지털 영역의 많은 엔지니어들에게 지터는 그다지 지터 분석 소프트웨어를 사용하는 고속 오실로스코프를 친숙하지 않은 개념입니다. 고속 데이터 전송률과 이용하여 결과를 확인할 수 있습니다. 그러나 이것은 임베디드 클럭을 갖춘 현대의 시리얼 장치는 BER(비트 문제의 해결책이지 예방책이 아닙니다. 오류율)을 저하시키는 지터의 영향을 받기 쉽습니다. 이에 본 응용 자료에서 소개하는 지터 허용치 측정 반복 절차를 대한 예방책은 진폭과 주파수 등 이미 알려져 있는 제어 이용하면 문제해결의 필요성이 사라집니다. SerDes 지터 가능한 특성을 가진 지터를 이용해서 시리얼 장치에 대한 반응곡선을 측정하고 그 특성을 분석함으로써 지터의 스트레스 테스트를 실시하는 것입니다. 지터에 스트레스를 주파수 민감도와 같은 예외사항을 예측할 수 있습니다. 가하는 조건 하에서 장치 테스트에 성공을 거둔다면 본문에서는 SerDes 장치의 특성을 지원하는 지터 생성 상호운용성 및 최종 사용자의 만족을 도모할 수 있을 툴과 기법에 대해 집중적으로 다루겠습니다. 것입니다.

SerDes 아키텍처와지터동작에대한이해 SerDes 회로가실제신호를얼마나잘처리하는지확인하려면테스트가필요합니다. 지터허용치 ( 지터가존재하는상황에서데이터를성공적으로복구하는능력 ) 는지터에대한전반적인성능에있어서측정이가능한중요한측면입니다. 지터허용치에대하여결정지터값과랜덤지터값을지정하는것은일반적인관행입니다만이접근법에는두가지문제가있습니다.

지터허용치테스트를폭넓고치밀하게하지않는다면특정주파수에서의취약성이간과되기쉽습니다. 그리고이런주파수들은 SerDes를수용할시스템에도당연히존재합니다. 이러한이유로, PCI Express, Serial ATA, XAUI 등과같은대중적인시리얼표준의경우적합성테스트의일환으로지터허용치테스트를필히해야합니다.

2 SerDes 아키텍처와지터동작에대한이해 SerDes 회로가실제신호를얼마나잘처리하는지확인하려면테스트가필요합니다. 지터허용치 ( 지터가존재하는상황에서데이터를성공적으로복구하는능력 ) 는지터에대한전반적인성능에있어서측정이가능한중요한측면입니다. 지터허용치에대하여결정지터값과랜덤지터값을지정하는것은일반적인관행입니다만이접근법에는두가지문제가있습니다. 첫째, 주파수가장치의지터허용치에상당한영향을미칠수있는데도결정지터의주파수가규정되어있지않습니다. 대부분의 SerDes 장치는지터주파수가낮을때훨씬더많은양의결정지터를수용할수있습니다. 둘째, 클럭지터의진폭과주파수역시 SerDes의지터허용치에크나큰영향을줄수있는데도클럭지터의영향이규정되어있지않습니다. 지터허용치테스트를폭넓고치밀하게하지않는다면특정주파수에서의취약성이간과되기쉽습니다. 그리고이런주파수들은 SerDes를수용할시스템에도당연히존재합니다. 이러한이유로, PCI Express, Serial ATA, XAUI 등과같은대중적인시리얼표준의경우적합성테스트의일환으로지터허용치테스트를필히해야합니다. SerDes 장치에서지터가왜그렇게중요한지를이해하기위해장치의기능에대해간단히살펴보도록하겠습니다. SER(Serializer) 요소는병렬데이터를직렬비트스트림으로전환합니다. 입력은보통 8비트의병렬데이터인데, 이것은다시 8비트 /10비트의프로세스로엔코딩이가능합니다. 8비트 /10비트의엔코딩스킴은 8비트데이터를 10비트포맷으로전환하고이는직렬출력링크를통해송신됩니다. 그림 1. 전형적인 SerDes 아키텍쳐. 그림 2. PLL 클럭다중블럭 DES(Deserializer) 는이와반대되는프로세스를수행합니다. 즉, 직렬데이터를받아필요한경우디코딩을하고이를병렬포맷으로전환하는것입니다. DES는또한데이터클럭을복구하여이것을데이터와함께이후의컴포넌트로전송합니다. SerDes의두상보적요소는원래의병렬데이터를직렬포맷으로부터또는직렬포맷으로편리하게개조하여데이터를효율적으로전송합니다. 전형적인 SerDes은두개의주요기능블럭으로구성됩니다 1. PLL( 위상동기루프 ) 의클럭다중블럭 ( 그림 2) 은시스템레퍼런스클럭을가져다데이터전송율 ( 비트율 ) 까지증가시킵니다. 샘플러 ( 그림 3) 는들어오는직렬데이터를래칭하는작업을수행할때다중클럭을레퍼런스로삼습니다. 1 다른 SerDes 토폴로지에서는데이터변환중내부오실레이터를조절하는차지펌프 (charge pump) 가있는 PLL 구조를사용합니다. 이구조는외부클럭입력이필요없다는장점이있습니다. 그러나, 이러한 SerDes 구성은 SSC(spread-spectrum clocking) 환경에서는운영이불가능하며, 기능을발휘하는데이터전송율의범위가매우좁은경향이있습니다. 이러한두가지단점때문에일부산업에서는사용이제한됩니다. 그러므로이문서에서는보다일반적인외부클럭 SerDes 포맷에초점을맞추도록하겠습니다. 2

그림 3. 샘플러 그림 2와 3에나온블럭다이어그램의분배를보면주파수영역에서 PLL과샘플러사이의흥미로운상호의존성을볼수있습니다. 시스템레퍼런스클럭에나타나는지터는샘플러의성능에극적인영향을미칠수있습니다. 일부조건에서레퍼런스클럭의지터는데이터스트림자체에나타나는지터만큼이나데이터수집의정확도에좋지않은영향을주기도합니다.

3 그림 3. 샘플러 그림 2와 3에나온블럭다이어그램의분배를보면주파수영역에서 PLL과샘플러사이의흥미로운상호의존성을볼수있습니다. 시스템레퍼런스클럭에나타나는지터는샘플러의성능에극적인영향을미칠수있습니다. 일부조건에서레퍼런스클럭의지터는데이터스트림자체에나타나는지터만큼이나데이터수집의정확도에좋지않은영향을주기도합니다. 이상적인주파수의백만분율 (ppm) 로허용치를표시하면서, PLL 블럭에서어느정도의레퍼런스클럭지터를수용하는것이일반적인관행입니다. ppm은 DC 혹은시간평균적인측정방법입니다. 이측정방법을사용하면레퍼런스클럭지터가데이터수집의정확도에아무런영향을미치지않는다고가정함으로지터컴포넌트를감추게됩니다. 하지만실제테스트에서는그렇지않습니다. 마찬가지로, 지터를주파수와는독립적인컴포넌트로규정하는것도커다란결함이있습니다. 지터를랜덤과결정컴포넌트로분리하는방법 ( 주파수와독립적으로 ) 은장치가지닌성능상의중요한특징을전달하지못하기때문입니다. 운영범위대부분에서훌륭히작동하는 SerDes도몇몇주파수포인트에서지터불내성 ( 민감도 ) 을보일수있습니다. 그러나엔지니어가이포인트를고려한다면설계에서성공을거둘수있습니다. 가령이런속도로운영하는전원공급장치와다른컨트롤시스템을교체하지말라고경고할수있을것입니다. 마찬가지로, 주파수에민감한이러한동작은실제테스트에서가장잘드러납니다. 3

PLL 지터전달효과 이글에서는독자들이 PLL 동작에대해기본적으로이해하고있는것으로간주합니다. 예를들어, PLL이어떻게레퍼런스클럭과동기상태를유지하는지, 저역통과루프필터를사용하는 PLL의경우저역통과위상트래킹반응 ( 이특성은시간에따른트래킹작업량사이클의변화와관련이있음 ) 등에대해서말입니다.

4 PLL 지터전달효과 이글에서는독자들이 PLL 동작에대해기본적으로이해하고있는것으로간주합니다. 예를들어, PLL이어떻게레퍼런스클럭과동기상태를유지하는지, 저역통과루프필터를사용하는 PLL의경우저역통과위상트래킹반응 ( 이특성은시간에따른트래킹작업량사이클의변화와관련이있음 ) 등에대해서말입니다. 그러나, PLL이지터를어떻게레퍼런스클럭입력에서다중출력으로전달시키는지고려해볼필요도있습니다. 그림 4는전형적인 PLL의전달특성을보여줍니다. 이곡선은 PLL(dB) 을통해전달된정현파지터의양과지터주파수사이의관계를나타내고있습니다. 지터전달곡선은레퍼런스입력으로들어오는지터를보여주며, 이것은 DC( 지터없음 ) 부터최대약 100 khz까지 PLL 출력시전체진폭 (0dB 감쇠 ) 에존재할것입니다. PLL은 정상적으로 운영중입니다. 다시말해 PLL 트래킹루프필터가서보 ( 오류를 0으로떨어뜨림 ) 할수있다는뜻입니다. 테스트에서지터슬루율을루프필터반응보다높임으로써이러한조건을위반할수있지만, 이경우지터슬루율은비교적낮게유지됩니다. 그림 4의곡선은이문서에서설명한표준장비세트로생성이가능합니다. 이테스트를실행하는가장간단한방법은다음단계를따르는것입니다. 1. SerDes를루프백모드로설정하고직렬출력포트를측정하면서직렬데이터입력포트에클럭이나데이터를입력합니다. 지터측정소프트웨어를실행하는실시간오실로스코프가있다면제일좋습니다. 2. 지터주파수를관심있는범위로조절한다음, 출력과입력에서의지터진폭을비교합니다. 3. 이데이터를데시벨 (db) 로전환합니다. 클럭입력의지터진폭이상대적으로낮지않을경우에 PLL이비선형으로움직이게된다는사실에주의하십시오. 그림 4. PLL 지터전달곡선. PLL 지터전달곡선의다음섹션은훨씬흥미로운특성을보입니다. 약 100 khz에서 1.9 MHz사이에서곡선은입력부터출력까지거의 2.5 db까지올라갔다가약 0 db 지터까지떨어집니다. 이것은지터가이주파수범위에해당할경우 PLL이사실상레퍼런스클럭의지터컨텐츠를증폭시킨다는의미입니다. 공식 1이계산법의일례입니다. PLL 입력에서레퍼런스클럭이정현파 1.2 MHz 지터의 100 ps p-p( 첨두치 ) 일경우, 이식에따르면약 133 ps p-p 지터의출력을예측할수있습니다. 지터의순증가분은 PLL 특성때문에약 33% 입니다. 그러나이것은 PLL 실행시드문일이아닙니다. 일부설계자들은 PLL 반응을높여 PLL이크게감쇠된프로파일을가진반응주파수에비해더높은주파수에서동기화시키기도합니다. 그러나, 이응용과정에서피킹은 PLL 반응루프가위상오류를과다수정하게만드는원인이되어지터효과를증폭시킵니다. 4

5 시스템설계자들이클럭지터로인해발생하는예상치않았던영향으로부터장치를보호하기위해서는 SerDes PLL을테스트해야합니다. 시리얼커뮤니케이션시스템의모든컴포넌트 ( 송신기와수신기 ) 가클럭지터에동일하게반응하는한문제될일은없습니다. 문제는동일한클럭지터에동일한레퍼런스클럭컴포넌트들을제시했을때다르게동작하는경우입니다. 드라이버와수신기는위상반전현상을보여지나치게높은 BER을만들어낼수있습니다. 샘플러특성 PLL 블럭과는달리, 샘플러블럭의기능과특성에대해서는그다지공개된정보가없습니다. 샘플러는보안이철저한특허또는기밀로다루어지는경향이있습니다. 그림 3은 전형적인샘플러 의모습입니다. PLL의다중클럭이샘플러를구동합니다. 클럭은데이터와같은속도로구동합니다. 사실상, 다중클럭에존재하는지터때문에샘플러가데이터스트림의지터를감지하게됩니다. 이것은레퍼런스포인트가변화하기때문이지만클럭의지터가정의상 0이기때문에데이터가그와관련하여지터를갖는것처럼보이는것입니다. 데이터래칭직렬데이터샘플러의개념은매우간단합니다. 샘플러는래치를작동시킬수있는클럭을생성하여래치의 Sample/Hold 창이데이터변환포인트 ( 아이다이어그램의좌우코너 ) 사이에서기본적으로중심에자리잡도록유지하기만하면됩니다. 이러한접근법을통해 SerDes는사용되는기술에대해최대의지터허용치와최저의 BER을가질수있습니다. 샘플러클럭을생성하는전형적인방법은위상곱셈기와멀티플렉서를이용하는것입니다. 위상곱셈기는 M 딜레이요소의합이싱글비트시간또는단위간격 (UI) 과정확히같은 DLL(Delay Locked Loop) 인경우가많습니다. 이것은 (1/[M-1]) * UI 라는타이밍해상도를줍니다. DLL에탭이많을수록, 샘플러가래치샘플창을배치할수있는정확도가커집니다. 글리치를생성하지않고다중클럭의 M 위상가운데하나를선택하기위해 MUX(synchronous multiplexer) 을사용합니다. 이것은샘플러의가장복잡한부분인 F-select 회로로이어집니다. 위상선택 F-select 회로는래칭에사용할다중클럭의최적위상을예측하는상태기계 (state machine) 와고속에지탐지기 (digital phase detector) 로구성됩니다. 전형적인에지탐지기는다중클럭과관련하여데이터스트림에서가장마지막에지의상대적인위치를기록합니다. 이후의상태기계는레지스터에이위치를기록하고 (M 에지변환포인트중 1, 위상곱셈기후위상수와동일 ) 위상 N에서몇개의에지가발생했는가에대한연속히스토그램을유지합니다. 그런다음상태기계는히스토그램의두중앙값 ( 각각아이의왼쪽과오른쪽 ) 사이에있는중심포인트를계산합니다. 구체적인실행방법에대한세부사항은디자인별로크게다릅니다. 그러나, 대부분의토폴로지는오직하나의히스토그램 (M 레지스터가있는 digital-limiting 어큐뮬레이터 ) 을생성하여피크변환밀도 (peak transition density) 를결정하고양쪽피크또는중앙값으로부터 UI의절반만큼떨어진다중클럭의한위상을자동으로선택합니다. 이러한위상선택프로세스는이전의변환기록을바탕으로결정됩니다. 샘플포인트선택회로가과거데이터를바탕으로미래의이벤트에대한예측을하기때문에샘플러에는분명한대역폭의특성이있습니다. 디지털제어시스템의기법을이용하여이러한특성을분명히할수있습니다. 알고리즘은 PLL처럼저역통과위상트래킹동작을해야하며그러지않을경우에는샘플러가불안정해질것입니다. PLL의예에서처럼, 어떤주파수에서샘플러의반응이너무높아지면샘플러가과잉수정하려할때특정주파수범위에서지터에대해샘플러를심하게불내성을띨수있습니다. 대부분의샘플러는상당히감쇠된반응을보이도록설계되어있습니다. 5

6 PLL과샘플러사이의상호작동 SerDes가동기화를깨고높은비트오류율을갖는경우에는크게세가지메커니즘이있습니다. PLL이나샘플러는슬루율한계에도달할경우대역확산기능과유사한저주파수효과를유발할수있습니다. 레퍼런스클럭의전체지터와데이터입력이샘플러에불안정한히스토그램을만들어낼수있습니다 ( 기본적으로중간주파수효과 ). 데이터지터가포인트에대한아이를막아샘플러의래칭메커니즘이더이상 setup/hold 요건을충족할수없게됩니다 (PLL에무시해도좋은지터가있을때에도일어날수있는고주파수효과 ). 저주파수동작 SerDes 장치는낮은지터주파수에서커다란지터진폭 ( 여러비트시간과동일 ) 을추적할수있습니다. 개별데이터비트가포인트에서포인트로천천히이동하여아이를막게되면샘플러는데이터수집을잘하기위해샘플링포인트를조절할수있습니다. 여기서기억해야할중요한용어는 천천히 입니다. 주파수만으로는아이가얼마나빠르게움직이는지알수없습니다. 아이가이동하는속도를계산하려면지터의주파수와진폭모두를사용해야합니다. 아이의 슬루율 는등식 2로계산할수있습니다 : 여기서 Bn은피크-피크지터진폭 ( 피코초 ), Wn은주파수 ( 초당라디안 ), transfer 항은 db로표현됩니다. 우리가관심을가지고있는저주파의경우항 10 transfer/20은 1로갑니다 (db로나타낸 transfer = 0; 그림 2 참고 ). 주파수가증가할수록 SerDes가허용하는지터진폭이작아집니다. 이것은적절한지터전달곡선이사용되는한 PLL이나샘플러모두에해당합니다. 구체적인 SerDes에대한실제값은실험을통해측정해야합니다. 각지터전달곡선의니포인트 (knee point) 보다위의주파수에서항 transfer 가음수로가고슬루율항이 0(zero) 에접근할수록, 지터민감도에는영향을주지않음에유의해야합니다. 중간 (Mid) 주파수동작중간주파수범위에서벌어지는현상은복잡한경우가많습니다. 이범위에서 PLL은여전히샘플러에클럭지터를보내고샘플러에들어오는데이터지터도약간있습니다. 두지터 ( 클럭과데이터 ) 는어느주파수에서든긍정, 부정적으로서로간섭합니다. 클럭과데이터컴포넌트의위상이일치할때 SerDes는지터에대한허용치가높고, 클럭과데이터컴포넌트의위상이일치하지않을때허용치가낮습니다. 가장좋은방법은최악의지터위상조합을가정하고오류확률을평가할때크기가달라진레퍼런스클럭지터를데이터지터에추가하는것입니다. 고주파수동작고주파에서클럭지터는비트오류에큰영향을미치지않습니다. 클럭의지터가 PLL 지터전달니 (knee) 를완전히넘어선다음에는데이터의지터컨텐츠에거의전적으로분석의초점을맞추어야합니다 ( 여기서는 -10dB 이동포인트가좋은예입니다 ). 이주파수범위에서샘플러는더이상아이움직임을추적하지않습니다. 대신, 아이히스토그램의충실도가결정적인요인입니다. 간단히말해, 샘플러는아이가열린상태로유지되는한데이터를바르게수집할것입니다. 그러나이는샘플러동작에서아이가열린다는것이무슨의미가있는것일까하는의문을제기합니다. 지터프로파일아이가열린경우, 지터프로파일 ( 정현파, 구형파, 삼각, 변칙등 ) 은 BER에커다란영향을미칩니다. 그림 5의가우스지터히스토그램을살펴봅시다. SerDes 샘플러가최적의데이터샘플링포인트를결정하기위해히스토그램의피크나중앙값을사용한다면최적의샘플포인트를얻을것입니다. 이것을스퀘어지터히스토그램과비교해보십시오. 각변환지역은시간에따라다른두개의피크를가질것입니다. 이히스토그램에서는가장높은변환포인트의지표로피크를사용하기어렵습니다. 라이브데이터이동중히스토그램을살펴보면, 피크가교대로커졌다사라집니다. 지터의진폭이분명한경우이지터프로파일은비트오류를유발할것입니다. 6

그림 5. 지터히스토그램과샘플링포인트 나머지두개의프로파일도지터허용치테스트에주로사용되는프로파일이기때문에흥미롭습니다. 두히스토그램은그림 5에서와같이상대적으로사각형태입니다. 샘플러는히스토그램에서비슷한양의히트를갖기때문에전체지역을고려해야합니다. 샘플러는대개이지역의중앙값을찾아중앙값으로부터 0.5 UI에있는래치샘플창을배치하려고할것입니다.

7 그림 5. 지터히스토그램과샘플링포인트 나머지두개의프로파일도지터허용치테스트에주로사용되는프로파일이기때문에흥미롭습니다. 두히스토그램은그림 5에서와같이상대적으로사각형태입니다. 샘플러는히스토그램에서비슷한양의히트를갖기때문에전체지역을고려해야합니다. 샘플러는대개이지역의중앙값을찾아중앙값으로부터 0.5 UI에있는래치샘플창을배치하려고할것입니다. 지터의스펙스럼컴포넌트 SerDes 장치에대한총체적인분석을수행할때주파수영역특성은또다른중요한문제입니다. 이론상으로는앞서설명한저, 중, 고주파수지터컴포넌트의합이 SerDes의허용치를초과해서는안됩니다. 하지만, 장치가오류를일으키는방법과시기에대해이론만으로는반드시정확한예측을할수없습니다. 비선형적인종속변수가너무나많기때문입니다. 지터측정툴및기법 정현파지터테스트정현파지터테스트의목적은레퍼런스클럭과직렬데이터상의특정지터주파수에서 SerDes의지터허용치를평가하기위해서입니다. 정현파지터테스트의기본단계는다음과같습니다 : 1. 별도의정현파지터소스를이용하여레퍼런스클럭과시리얼데이터에지터를주입합니다. 2. SerDes의출력을모니터하여비트오류가있는지살펴봅니다. 3. 비트오류한계를초과하기전장치가허용하는지터의양을기록합니다. 이절차에는네개의변수가있습니다 : 클럭지터진폭 클럭지터주파수 데이터지터진폭 데이터지터주파수 7

다수의변수가있기때문에측정된데이터를명확하고사용가능한형태로표현하는것이중요합니다. SerDes가특정클럭지터값에대하여허용할수있는데이터지터의양을각곡선에표현하여그래프로그리는방법이공통적인접근법입니다. 클럭지터 ( 진폭과주파수 ) 는각곡선에대하여고정값으로유지됩니다. 클럭지터주파수는 x축이고지터진폭은 y축입니다.

지터허용치그래프의예. 붉은그래프는클럭지터가 200KHz에서 200ps p-p 진폭으로유지될때의데이터지터를나타내고, 파란그래프는클럭지터가 150KHz에서 200ps p-p 진폭으로설정될때나타나는결과를보여줍니다.

8 다수의변수가있기때문에측정된데이터를명확하고사용가능한형태로표현하는것이중요합니다. SerDes가특정클럭지터값에대하여허용할수있는데이터지터의양을각곡선에표현하여그래프로그리는방법이공통적인접근법입니다. 클럭지터 ( 진폭과주파수 ) 는각곡선에대하여고정값으로유지됩니다. 클럭지터주파수는 x축이고지터진폭은 y축입니다. 곡선의일부가통과하는 ( 지정된시간동안비트오류없음 ) 최대값을결정하기위해데이터지터의진폭을높임으로써곡선이생성됩니다. 별도의그래프자취는클럭지터의여러가지주파수및진폭을나타냅니다. 그림 6은이런방법으로그려진두곡선의예입니다. 각곡선아래지역은 SerDes가통과하는지역을정의하고 ( 충분한지터허용치전달 ) 곡선위지역은 SerDes가오류를나타내는지역입니다. 장비설정 그림 6. 지터허용치그래프의예. 붉은그래프는클럭지터가 200KHz에서 200ps p-p 진폭으로유지될때의데이터지터를나타내고, 파란그래프는클럭지터가 150KHz에서 200ps p-p 진폭으로설정될때나타나는결과를보여줍니다. 지터테스트를위해자극과스트레스신호를제공하는신호원은특정요건을충족해야합니다 : 클럭과데이터신호의지터소스는실제클럭과데이터신호를생성하는오실레이터와는독립적이어야합니다. 클럭과데이터의지터는서로독립적이어야하며 ( 위상동기되어서는안됨 ) 별도로제어되어야합니다. DTG5000 시리즈데이터타이밍제너레이터와 DTGM31 지터생성모듈과같은장비를사용함으로써클럭과데이터지터를완전히동기화시키면서도독립적으로제어할수있습니다. 서로다른수준의지터를데이터와클럭신호에동시적용시킬수있습니다. 지터의진폭과주파수변형은넓은범위로확장이가능해야합니다. 그림 7에는장비설정에대한설명이있습니다. 그림 7. 정현파지터테스트를위한장비설정. 장비설명 정현파형제너레이터두개의독립적인정현파형소스가필요합니다. 하나는클럭용변조신호를, 다른하나는데이터용변조신호를발생시켜야합니다. 어떤신호제너레이터는서로다른주파수와진폭의두신호를동시에제공하여이요건을충족하기도합니다. 소스는다양한범위의주파수와진폭에대하여정현파형을발생시켜야합니다. 정현파소스는다른장비에대해서는입력이나동기화를요하지않습니다. 8

정현파형소스의주파수범위는적어도지터를생성하는하드웨어 ( 이경우 DTG5000 시리즈데이터타이밍제너레이터에설치된 Tektronix DTGM31 모듈 ) 의변조용량만큼높아야합니다. 예를들어, 지터제너레이터가최대 10 MHz의주파수에서출력을변조한다면정현파형제너레이터도 10 MHz 정현파현을만들어낼수있어야합니다.

9 정현파형소스의주파수범위는적어도지터를생성하는하드웨어 ( 이경우 DTG5000 시리즈데이터타이밍제너레이터에설치된 Tektronix DTGM31 모듈 ) 의변조용량만큼높아야합니다. 예를들어, 지터제너레이터가최대 10 MHz의주파수에서출력을변조한다면정현파형제너레이터도 10 MHz 정현파현을만들어낼수있어야합니다. 각정현파형제너네이터는지터제너레이터의변조입력을주입하며, 이것은지터제너레이터로부터나오는클럭신호를변조합니다. 정현파형주파수는변조된클럭신호의지터주파수를결정합니다. 정현파형진폭은변조된클럭신호의지터진폭을결정합니다. 정현파형은변조신호라고지칭할수있습니다. DTGM31 지터제너레이터모듈지터변조가입력된 DTGM31 출력모듈은대부분의 SerDes 지터허용치테스트에필요한진폭과주파수의지터를생성할수있습니다. 이모듈은외부소스로부터변조신호를받아들이고그신호에비례하여지터변조출력을제공하도록설계되어있습니다. 이 DTGM31은변조입력에서 1V 신호를받으면최대 200 MHz 주파수에최대 240 ps ( 첨두치 ) 진폭의지터를전달합니다. 이보다높은지터주파수 최대 400 Mhz 는변조소스의진폭을높임으로써변조가가능합니다. 그림 8은 DTGM31 입력진폭과지터진폭의그래프를보여줍니다. DTG5000 시리즈데이터타이밍제너레이터타이밍제너레이터는 SerDes를위한시리얼데이터와레퍼런스클럭을생성하기위해사용됩니다. DTGM31 모듈을갖춘 DTG5334 혹은 DTG5274 데이터타이밍제너레이터가진폭과주파수컨텐츠면에서지터를제어할수있습니다. 이조합으로여러유형의 SerDes 장치에대한철저한지터허용치테스트를수행할수있습니다. 테스트대상인 SerDes 장치가요구하는구체적인데이터요소에맞게데이터유형을프로그램할수있습니다. 그림 8. DTGM31 지터진폭반응. 입력진폭 축은외부변조소스로부터나오는신호수준을표시합니다. 비트오류감지 SerDes의비트오류는로직애널라이저나비트오류테스터 (BERT) 를이용해감지할수있습니다. 로직애널라이저는 SerDes로부터병렬데이터를수집하는반면, BERT는 SerDes로부터직렬데이터를수집합니다. 로직애널라이저는병렬데이터에서비트오류를트리거할수있습니다. 기기는 SerDes 백엔드 ( 수신기의출력 ) 로부터나오는병렬신호를수집합니다. 로직애널라이저에들어가는병렬신호에는복구된클럭이포함되어있기때문에동기화가필요없습니다. BERT는 SerDes의병렬데이터스트림에서비트오류를감지할수있습니다. BERT는유형제너레이터와같은유형을실시간레퍼런스로사용합니다. BERT는리피터모드로구동하는 SerDes의출력데이터를수집한다음시리얼데이터를유형제너레이터데이터와비교하여부정확한비트의개수를셉니다. BERT는두지터제너레이터와같은신호로동기화되어야합니다. 참고 : SerDes가리피터모드로작동할때, BERT는송신기와수신기의 BER을합쳐서측정합니다. 9

10 설명 SerDes 평가보드클럭및데이터지터생성용 : 변조소스 ( 정현파제너레이터 : 지터소스유형데이터와클럭생성용직렬데이터비트의비트오류감지용병렬데이터의비트오류감지용첨두치지터측정용 장비벤더별 AFG320 2채널임의기능제너레이터 DTGM31 지터생성모듈 DTG5000 시리즈데이터타이밍제너레이터비트 TLA7AA3 로직애널라이저모듈을갖춘 Tektronix TLA721 로직애널라이저 TDSJIT3 v2.0 지터분석소프트웨어를갖춘 Tektronix TDS6804B 오실로스코프 표 1. 정현파지터허용치테스트에사용되는장비. 오실로스코프비트오류가발생했다고판단될경우오실로스코프는지터의실제첨두간진폭을측정할수있습니다. 지터를측정하는방법에는여러가지가있습니다. 특성프로젝트과정에걸쳐모든측정에대하여측정방법은일관성있게적용되고반복이가능해야합니다. 본응용자료의개발에는 Tektronix TDSJIT3 v2.0 지터분석패키지가사용되었습니다. 모든측정세팅은 TDS 시리즈오실로스코프에저장되고프로젝트전체에걸쳐사용되었습니다. 지터진폭은기기플랫폼에서사용할수있는최대값까지증가되었습니다. TIE(Time internal error) 파형을 TIE 시간추이그래프와대조하여오실로스코프소프트웨어가실제로정현파지터를감시하도록하였습니다. 이는기기설정오류에따른지터로유발되는오류가없는지확인하는데도도움이되었습니다. 표 1은철저한지터허용치테스트를위해필요한장비를요약해놓은것입니다. SerDes 평가보드가필요하다는점에주목하십시오. 이제품은 SerDes 벤더를통해구입이가능합니다. 측정절차 그림 9는 SerDes에서지터동작을측정하고문서화하기위해필요한절차를간략하게보여주고있습니다. 여기에나타난구체적인값은 전형적인 숫자임에유의하십시오. 테스트중인장치의특성을바탕으로주파수범위, 가동시간, 기타값을선택해야합니다. 그림에서는테스트의데이터지터부분만이나타나있지만클럭지터프로세스의경우에도데이터지터를고정시키면서동일한단계를따릅니다. 1. 클럭에지터가없는상태로시작합니다 2. 데이터의지터를진폭 0과 150 khz처럼저주파수로설정합니다. SerDes는데이터수집을시작하고병렬과직렬포트로데이터를출력할것입니다. 3. 현재설정에대한지터허용치를결정하려면 데이터출력을모니터하고비트오류가있는지살펴보십시오.( 로직분석기나 BERT 이용 ). 정해진시간동안테스트를수행하십시오 ( 이프로젝트의테스트는 1분동안지속됨 ). 그시간내에오류가없으면데이터지터의강도를올리고비트오류가있는지살펴보십시오. 지정된시간 ( 예 : 1분 ) 내에 SerDes에서오류가발생할때까지데이터지터의강도를올리십시오. 오류가발생하기전까지 SerDes가허용하는지터의깊이를기록하십시오. 10

그림 9. 지터허용치측정절차의예시 4. 데이터지터의주파수를높이고 3단계를반복합니다. 같은방법으로데이터지터의더높은주파수에대한데이터포인트를얻습니다. 그림 6과같이데이터를작성합니다. 5. 이제클럭의지터를설정합니다. 클럭의특정한지터진폭에대하여하나의곡선세트를지정했다가각곡선에대하여클럭지터의주파수를변경할수있습니다. 6. 진폭을그대로두고클럭의지터주파수를올리면서 3, 4단계를반복합니다.

11 그림 9. 지터허용치측정절차의예시 4. 데이터지터의주파수를높이고 3단계를반복합니다. 같은방법으로데이터지터의더높은주파수에대한데이터포인트를얻습니다. 그림 6과같이데이터를작성합니다. 5. 이제클럭의지터를설정합니다. 클럭의특정한지터진폭에대하여하나의곡선세트를지정했다가각곡선에대하여클럭지터의주파수를변경할수있습니다. 6. 진폭을그대로두고클럭의지터주파수를올리면서 3, 4단계를반복합니다. 7. 3, 4, 6단계의시퀀스를계속반복하여각시퀀스에대하여새로운곡선을만듭니다. 그에따라얻은곡선은클럭상의특정지터진폭에대한지터허용치를보여줍니다. 각곡선은특정클럭지터주파수와진폭에대하여데이터지터허용치를나타냅니다. 곡선아래부분은장치가작동하는지역 ( 값의범위 ) 을나타내고곡선윗부분은오류지역을뜻합니다. 클럭지터의진폭을바꾸어여러가지곡선세트를얻고몇개의곡선을얻을때까지 3, 4, 6단계를반복합니다. 이절차를실시할때유의해야할사항 : 테스트는오류없이일정시간지속되어야합니다. 의미있는 BER 값을얻기에충분할만큼시간을길게선택하는것이 이상적입니다. 그러나, 실제테스트보다는추정을통해 BER 수치를계산하는것이일반적인관행입니다. 선택은사용자에게달려있습니다. 테스트시리즈를자동으로운영할수있는솔루션이있습니다. GPIB는일반적으로장비제어에사용됩니다. 사용자나상용벤더가쓴스크립트가실제테스트를실시합니다. 이스크립트를구동하려면추가장비 ( 표 1에서설명되지않음 ) 가필요합니다. 테스트유형은 SerDes에압박을주는유형이어야합니다. 이응용자료개발에사용된유형은표준 PCI Express Compliance Pattern이었습니다. 이는 PCI Express 1.0a 규격에서찾아볼수있습니다. 다양한유형은 SerDes의서로다른부분에압박을줍니다. T11.2 MJSQ 문서의부록 A는유형특성에대한정보를얻을수있는좋은자료입니다. 결론 이응용자료는설계자들이최종사용자시스템의오류율에영향을주는 SerDes 지터특성을다룰때도움이될만한솔루션과방법을제시한것입니다. 이접근법은기존의툴과경험적인방법을이용하여지터허용치를정밀하게찾아냅니다. 11

지터에관한참고자료 지터개념 : T11.2 MJSQ 문서 지터측정 : 지터에대한이해및특성, 응용자료. www.tektronix.

12 지터에관한참고자료 지터개념 : T11.2 MJSQ 문서 지터측정 : 지터에대한이해및특성, 응용자료. PLL과 DLL: Phase and Delay Locked Loop Clock Control in Digital Systems, Zeljko Zilic, McGill University, 몬트리올 텍트로닉스연락처 : ASEAN/ 남양주 (65) 오스트리아 발칸, 이스라엘, 남아프리카및다른 ISE 국가들 벨기에 브라질및남미 55 (11) 캐나다 1 (800) 중앙동유럽, 우크라이나및발트국 중앙유럽및그리스 덴마크 핀란드 프랑스및북아프리카 +33 (0) 독일 +49 (221) 홍콩 (852) 인도 (91) 이태리 +39 (02) 일본 81 (3) 룩셈부르크 +44(0) 멕시코, 중앙아메리카및카리브해 52 (55) 중동, 아시아및북아프리카 네덜란드 노르웨이 중국 86 (10) 폴란드 포르투갈 대한민국 82 (2) 러시아및 CIS 남아프리카 스페인 (+34) 스웨덴 스위스 대만 886 (2) 영국및아일랜드 +44 (0) 미국 1 (800) 기타지역 : 1 (503) 년 11월 3일자최종업데이트 텍트로닉스는최첨단기술을다루는엔지니어를지원하기위해응용자료, 기술문서및기타리소스등을총망라한방대한자료를보유관리하고있으며이를계속확장하고있습니다. 을참조하십시오. Copyright 2005, Tektronix, Inc. All rights reserved. 텍트로닉스제품은현재등록되어있거나출원중인미국및국제특허의보호를받고있습니다. 이문서에포함되어있는정보는이전에발행된모든자료에실린내용에우선합니다. 사양이나가격정보는예고없이변경될수있습니다. TEKTRONIX 및 TEK은 Tektronix, Inc. 의등록상표입니다. 본문서에인용된다른모든상표는해당회사의서비스마크, 상표또는등록상표입니다. 01/05 DM/WOW 86K

(b) 미분기 (c) 적분기 그림 6.1. 연산증폭기연산응용회로

Lab. 1. I-V Characteristics of a Diode Lab. 6. 연산증폭기가산기, 미분기, 적분기회로 1. 실험목표 연산증폭기를이용한가산기, 미분기및적분기회로를구성, 측정및 평가해서연산증폭기연산응용회로를이해 2. 실험회로 A. 연산증폭기연산응용회로 (a) 가산기 (b) 미분기 (c) 적분기 그림 6.1. 연산증폭기연산응용회로 3. 실험장비및부품리스트