소개 PCI Express 측정솔루션

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1 소개 PCI Express 측정솔루션

2 목차 PCI Express 설계의검증, 디버그및적합성...3 아키텍처및사양개요...4 물리계층의특징...5 물리계층적합성테스트 : 디지털세계의아날로그뷰...8 검증및적합성측정...8 진폭측정...9 타이밍측정...9 지터측정...10 실시간아이다이어그램및마스크테스트...14 노이즈와노이즈가지터에미치는영향...14 주파수영역측정...15 수신기감도및지터허용오차측정...16 아날로그측정의신호충실도보장...17 테스트대상직렬장치에연결...18 아날로그획득고려사항...22 Pinpoint 트리거링및데이터디코딩도구를이용한디버그및링크...25 비트오류찾기및트리거 b/10b 심벌검증및트리거...26 디지털검증및디버그...27 올바른연결을위한프로빙수단...28 신호획득 : 패킷에서병렬까지...30 문제해결효율성제고의핵심관건인트리거링...30 결과분석...31 PCI Express 관리솔루션의개요...33 오실로스코프...33 실시간 (RT) 오실로스코프...33 등가시간 (ET) 샘플링오실로스코프...34 신호발생기...34 로직애널라이저...35 요약

3 PCI Express 설계의검증, 디버그및적합성제1세대 (Gen1) PCI Express 배포가성공적으로진행되면서산업계는각종구성요소, 시스템및카드구현에성공을거두어왔다. 현재 PCI Express 슬롯과다양한 GPU (Graphical Processor Unit) 그리고이새로운확장슬롯을사용하는네트워크카드가장착된마더보드와노트북컴퓨터가시중에나와있다. 불과몇년만에Gen1 장치가이처럼성공적으로배포된요인은부분적으로는공급업체의실험실과 PCI-SIG(PCI Special Interest Group) 의후원을받는플러그페스트양쪽에서진행된엄격한테스트에그공을돌릴수있을것이다. PCI-SIG 가 PCI Express CEM(Card Electrical Mechanical) 의 Rev1.0a에대한적합성및상호운용성테스트를성공리에수행했고여러공급업체에서 SIG의통합업체목록을검증했다. Rev1.0a를배포하는과정에서서로다른 PCI-E 설계간에보다안정적인통신을보장하기위해사양을일부변경할필요성 ( 주로물리계층에서 ) 이있다는점이분명해졌다. 현재기본및 CEM 사양 Rev1.1에이런변경내용이적용되었고 SIG가여러연구실에서 Rev1.1 사양에대한테스트를시작했다. PCI-SIG는버스를주변장치로확장할수있도록하기위해최초케이블링사양외에도 Gen2에대한기본및CEM 사양을검토중이다. Gen2 는기본신호처리주파수를 2.5Gb/s에서 5Gb/s로배가하고시스템설계도에케이블배선도를추가하면복잡성수준이높아진다. 이에따라분명히장치의검증및적합성테스트에몇가지새로운해결과제가유발될것이다. 공급업체가통합업체목록에포함되려면단순히 PCI-SIG의합격 / 불합격기준을충족시키는것외에도수많은조건에서자체설계를검증할필요가있다. 예를들어어떤설계에대해테스트장치의특정전원장치조건하에서실온상태의연구실에서실시된특정테스트에합격하더라도온도와전원장치의테스트조건을변경할때어떤일이발생하는지검증해야한다. 또한어떤시스템에서다른공급업체의장치와해당장치를연결했을때는어떤지, 다른버스로부터의 crosstalk로인해테스트대상장치가불합격되지는않는지검증해야한다. 본입문서에서는성공적설계를위해필요한기본원리, 측정기술및도구뿐만아니라검증, 디버그및적합성을비롯한 PCI Express 테스트의모든측면을다룬다. 본입문서는이미 Gen1 테스트를성공리에마무리했고 Gen2 장치테스트를시작하는사람이나이제막 PCI Express에입문하려는사람누구에게나 PCI Express 아키텍처, 사양및측정솔루션에대한이해를도울수있도록고안되었다. PCI Express 개발자에게유용한링크텍트로닉스 PCI Express 홈 : serial_data/pci_express.html PCI-SIG 적합성테스트홈 : compliance/ 3

4 그림 1. PCI Express 링크계층 그림 2. PCI Express PHY 링크구현도 레인폭에따른기본비트율 (Gb/s) 신호처리속도 X1 X4 X8 X16 X32 Gen1 레인당 2.5Gb/s Gen2 레인당 5Gb/s 기본비트율 아키텍처및사양개요어떤직렬데이터표준에서와마찬가지로, PCI Express 는그림1에나타낸것처럼 " 계층스택 " 으로볼수있다. 계층은자기끼리서로통신하는동시에서로의동작을인접레벨에서버퍼링한다. 스택에는전자신호가송신매체를통해지나가는물리계층, 이신호가의미있는데이터로해석되는로직계층, 트랜잭션계층등이포함된다. 각계층에는저마다적용되는표준과적합성절차가있다. 그림 1은직렬데이터링크의물리계층 (PHY) 파티셔닝을나타낸것이다. PHY는프로토콜스택의더높은계층과분리하는역할을하고로직계층과전기계층의두계층을포함한다. PHY의전기적부분은고속직렬패킷교환과전력관리메커니즘을처리한다. PHY의로직계층은재설정, 초기화, 인코딩및디코딩을다룬다. 전기및로직하위블럭역시둘다표준별로특정한기능을갖추고있다. PHY를구성하는두블럭에는각각고유한테스트요구사항이있다. 전기인터페이스측정을할때는데이터아이다이어그램과시스템기준클럭의아날로그파형특성이우선한다. 로직계층에서디지털패킷해석, 내장클럭추출등이이루어져야한다. 그림 2는 4X PCI Express 링크의대표적인물리계층토폴로지를나타낸것이다. PCI Express 링크는레인으로알려진집합적인듀얼심플렉스송신체계로구성된다. 각레인에는레인마다총 4개가있는동선에대한송신및수신차동쌍이있다. 4

5 그림 3. PCI Express 패킷의계층 각레인의전송속도는 2.5Gb/s(Gen1) 또는 5Gb/s(Gen2) 이다. 해당사양에서는 X1, X4, X8, X16 및 X32 레인폭구성을지원한다. 링크의기본비트율은단순히레인당기본비트율의배수이다. 데이터는클럭을포함함으로써송신되지만그림 2와같이 SSC(Spread Spectrum Clocking) 가사용될때 PLL 회로가이를추적할수있도록송신및수신회로모두 RefClk( 기준클럭 ) 을공유한다. SSC는컴퓨터마더보드로부터의전자기방출을최소화하는데사용된다. 기준클럭은 30-33kHz의주파수에서 100MHz 및 99.5MHz 사이에서변조된다. 패킷화된데이터 PCI Express 데이터는그림 3에표시된것과같이여러계층의영향을받아패킷화된다. 물리계층의특징물리계층은방금설명한패킷화된차동신호를전달하는역할을한다. 기능적관점에서볼때, 회로기판배선, 커넥터및케이블등물리계층의기계적부분은단순히이진신호의형태로표현되는데이터경로이다. 이런이진신호는오실로스코프를이용한디버그, 검증및적합성테스트를위한물리계층측정의주대상이다. PCI Express 내에서는여러개의다른버스구성을정의할수있다. 그림 4, 5, 6은 3가지대표적인기계적구현방식을묘사한것이다. PHY의모든개별레인은송신및수신차동쌍으로구성된다. 송신쌍및그송신매체를종종채널이라부른다. 한채널내에서신호는 3가지기본동선경로유형을따라이동할수있다. PHY의로직하위블럭은각패킷의시작및끝부분에서신호에프레이밍을추가한다. 하위블럭은심벌송신과동기를맡는다. 데이터링크계층은오류확인기능을제공하고서비스를재시도한다. 패킷에는 ACK( 승인 ), 전력관리정보등이포함된다. 트랜잭션계층은초기화, 명령생성및처리, 흐름제어를처리한다. 5

6 칩-칩 ( 그림 4) 칩-칩레인은일반적으로송신매체역할을하는 ECB ( 에칭처리회로기판 ) 상에있다. 대표적인애플리케이션으로는대량의데이터가한장치에서다른장치로송신될필요가있는시스템마더보드상의 PCI Express 버스가있다. 카드-카드 ( 그림 5) Add-In 카드애플리케이션에서와같이커넥터가레인의일부인경우사양에따르면링크의송신측에 AC 커플링커패시터가있어야한다. AC 커플링커패시터는송신장치와수신장치사이에있을수있는공통모드바이어스불일치를없애준다. 저가형링크에는 FR4 보드에롱런과값싼커넥터가채택되었을수있으며, 이두가지요소모두지터, crosstalk 그리고레이아웃으로인한불균형을초래할수있다. 이구성의테스트포인트는데스크탑및서버애플리케이션에대한것은 CEM 사양에서, 노트북컴퓨터와같은모바일에대한것은 PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) ExpressCard 문서에서찾아볼수있다. 그림 4. 칩 - 칩레인 그림 5. 레인의커넥터부분 카드 - 케이블 ( 그림 6) 레인에케이블연결이이루어지면또다른손실및지터의원인이된다. 케이블연결식 PCI Express가초기개발단계에있다. 하지만 PCI Express 케이블사양초안에는케이블의송신및수신측에대한테스트포인트가정의되어있다. 이토폴로지에서는기준클럭과다른세측파대신호가 X16 송신및수신기쌍과함께케이블을중심쌍으로전달된다. RefClk을잊지말것고속직렬데이터신호경로외에, 기준클럭 (RefClk) 신호무결성을테스트하는것도중요하다. 기준클럭파라미터는 Gen1의 CEM 사양에나와있고 Gen2의 그림 6. 레인의케이블연결부 기본사양본문에도나와있다. Gen1 사양에서 Rev1.0a와 Rev1.1에비해바뀐내용은대부분데이터아이클로져에기준클럭지터가미치는영향때문이었다. 6

7 그림 7. PCI Express 의테스트포인트 적합성과상호운용성적합성및상호운용성테스트는모든표준에있어성공의관건이다. 특히세부적인사항이아직유동적이고해석이여러가지로바뀔수있는표준수명주기의초기단계에서더욱그러하다. PCI Express 표준에서는송신및수신손실에따른비용이라는중요한문제를다룬다. 또한반드시시스템레벨테스트를수행해야하는적합성테스트포인트를정의한다. 본질적으로적합성테스트포인트는시스템구성요소 ( 대개다른공급업체가공급함 ) 가상호운용성이있을필요가있는곳이다. 그림 7은상호연결된요소들로구성된전체시스템의몇가지대표적인상호운용성포인트를요약한것이다. PCI Express에서 TP1과 TP4는기본사양에서정의되고 TP2 및 TP3는인터페이스구성에따라 CEM 및케이블링사양에서정의된다. 이들포인트는표준에서테스트기기에대한프로빙연결지점으로구체적으로표시되기때문에테스트포인트로표시된다. 카드-카드또는카드-케이블연결의경우적합성포인트에측정대상으로부터커넥터가포함되는지또는제외되는지파악하는것이중요하다. 결합된커넥터와결합되지않은커넥터의성능이상당히큰차이가있으므로적합성테스트포인트가커넥터중간에있을수는없다. 또한측정시 ECB 채널길이나케이블손실이결과에영향을줄수있다. Gen1의경우대부분의부품에대한 PCI Express 사양과 PCI-SIG 테스트절차에서는테스트장치와측정장비케이블의손실프로파일을무시하거나테스트마진에포함시켰다. 5Gb Gen2의경우이런문제의고려사항이사양요구사항이된다. PCI Express의또다른추세는시스템레벨에서수신기감도테스트를위한절차를보다분명히정의하는것이다. Gen1에대한수신기감도테스트정의에대한해석은주로개발자의몫으로남겨져있다. 7

8 물리계층적합성테스트 : 디지털세계의아날로그뷰 PCI Express는디지털방식으로작동한다. 하지만대부분의적합성테스트작업은아날로그측정작업으로이루어져있다. 그이유는무엇일까? 디지털방식으로작동하므로당연히우리의관심도디지털데이터이다. 하지만중요한예외가있다. 디지털신호는분산된커패시턴스, 노이즈, 전원전압의변동, crosstalk 및기타 불완전성이상존하는세계에존재한다. 이런각각의현상은때로는데이터를반송하는능력을훼손시키는수준까지 " 이상적인 " 디지털신호에서벗어나있다. 결과적으로사양은신호왜곡및감쇠에제한을둔다. 테스트대상장치는 " 적합한 " 것으로간주되려면이런제한에따라야한다. 테스트조건과테스트포인트는표준에서상세히설명된다. PCI-SIG는적합성테스트홈페이지에서적합성테스트의세부적인테스트절차를제공한다. 이절차에는제작및모델번호별로특정측정장비가포함된다. 또한 PCI-SIG는신호품질테스트 (SigTest) 소프트웨어도제공한다. SigTest는 System 및 Add-In Card 적합성포인트에대한실시간오실로스코프에서캡처된파형데이터에대해의무적으로실시해야하는신호무결성측정을수행한다. 그림 8은 PCI Express에대한대표적인적합성테스트프로세스를요약한것이다. SigTest 또는 RT-Eye 소프트웨어중어떤것을선택할것인가? PCI Express 개발자들이묻는한가지공통적인질문은 SigTest가공짜이고이소프트웨어를이용해합격 / 불합격여부를알수있다면오실로스코프에추가적인분석도구가왜필요한가하는것이다. 그에대한대답은설계마진에얼마나확신을가지고있느냐에달려있다. RT-Eye, TDSJIT3 및 JNB와같은텍트로닉스신호품질소프트웨어도구는설계검증, 디버그및적합성을위한다양한기능을제공한다. 이내용은이후섹션에서분명해질것이다. 그림 8. PCI-SIG 적합성및상호운용성프로세스 템테스트를위한 CLB(Compliance Load Board) 와 Add-In 카드테스트를위한 CBB(Compliance Base Board) 를제공한다. PCMCIA는노트북시스템송신기테스트를위한시스템송신기적합성카드를제공한다. 검증및적합성측정 PCI Express 기본사양에는송신기및수신기의진폭, 타이밍, 지터및아이다이어그램측정이포함된다. 이측정은일반적으로신호무결성측정으로알려져있다. 삽입손실, 반사손실, 주파수영역 crosstalk도해당채널에대해지정된다. CEM 및케이블링사양은시스템레벨적합성포인트에서의지터와아이다이어그램마진을정의하고플러그페스트에서수행되는테스트를나타낸다. 이런테스트의선택및적용속도를높이기위해자동화된측정 / 분석도구가공통적으로사용된다. 다음목록에는사양을충족시키기위한시스템구성요소를검증하는데필요한측정뿐만아니라적합성과상호운용성을증명하기위해플러그페스트에서필요한몇가지주요측정도포함된다. 진폭측정타이밍측정지터측정실시간아이다이어그램및마스크테스트노이즈및지터주파수영역측정수신기감도및지터허용오차측정 적합성테스트를위한테스트장치 테스트포인트가정해지고나면테스트장치가프로빙연결지점을제공하도록개발되어야한다. PCI-SIG는시스 8

9 진폭측정신호가송신매체를안정적으로통과할수있을정도의전압레벨과안정성을달성하고수신회로로알맞은 "1" 또는 "0" 비트를전달하는가? 이테스트는신호가최악의조건에서도작업을수행하기에충분한진폭허용오차를가지는지확인한다. 차동전압 첨두치차동전압사양은트랜시버가정확한전압레벨을송신하도록보장하기위한기본사양이다. 최저송신기차동전압은명시된최저차동전압이최악의매체조건 ( 최대손실 ) 하에서수신기에도달하는수준으로지정된다. 이를통해올바른데이터전송이보장된다. PCI Express에대한사양은다음과같이차동피크전압을정의한다. VTX-DIFFp-p = 2* VTX-D+ - V TX-D-, 클럭이데이터신호로부터복구된후파형데이터에서측정. 차동첨두치전압은오실로스코프메뉴에있는기존의 pk-pk 측정과는다르다. 이때문에종종혼동이발생한다. PCI Express에특정한알고리즘이이측정에필요하다. 디엠퍼시스 이것은 " 전이비트 " 가나온후두번째와그이후의비트진폭에대한 " 전이비트 " 진폭의비다. 디엠퍼시스의다른용어는프리엠퍼시스와균등화이다. 디엠퍼시스는데스크탑컴퓨터에사용되는저가형 FR4 보드및커넥터와같은 " 손실 " 이있는매체의주파수특성을보상하기위해직렬데이터송신시스템에사용된다. 전이비트의진폭을이후비트보다높게하면신호가 " 오픈아이 " 상태로수신기핀에도달하게된다. 공통모드전압측정 (AC, DC) 송신기의공통모드불균형과노이즈는차동신호에서불필요한효과를만들수있다. 이런문제를해결하기위해종종차동신호를단일종단구성요소로나누는것이유용하다. 이기술은차동쌍의한쪽으로결합되고다른쪽으로는결합되지않는 crosstalk와노이즈효과를밝힐수도있다. 파형아이높이 아이높이는진폭영역에서데이터아이가열린부분이다. 아이높이는수신기회로의실제샘플포인트를나타내므로매우중요한측정결과를제공한다. 아이높이는 UI 타이밍기준이복구된클럭에의해정의되는.5UI( 단위간격 ) 포인트에서측정된다. 아이다이어그램에대한자세한내용은아이다이어그램섹션을참조한다. 타이밍측정신호는타이밍변동으로부터자유롭고그전이는신호가제공하려는중요한데이터값을보존하기에충분히빠른가? 측정도구세트측에서훼손되지않는성능을요구하는이런테스트는분산된커패시턴스, crosstalk 등에서발생하는수차와신호감쇠를탐지한다. 단위간격과비트율 내장된클럭주파수의변동은연속되는수많은주기에걸쳐내장클럭의평균측정값을살펴봄으로써측정할수있다. PCI Express에서평균측정결과가사양에지정된값 (SSC 없음 ) 과 300PPM 이상차이가나면그장치는적합하지않다. 9

10 상승 / 하강전이시간 송신기측정을할때는정확한전이시간을측정하기위한도구가가장중요하다. Gen2 PCI Express에대한최저허용송신기상승시간측정값은 30ps(20-80% 의기준레벨로측정시 ) 이다. 상승시간이너무빠르면 EMI 문제가발생할수있고너무느리면데이터오류가발생할수있다. 파형아이폭 파형아이폭은측정된컴포지트지터보다한간격적은것으로정의된다. 여기서지터는 0V 차동기준레벨에서측정한것이다. 아이다이어그램에대한자세한내용은아이다이어그램섹션을참조한다. 지터측정 지터측정방법론은 PCI Express 개발자와사양저자들사이의주요논의주제였다. 이섹션에서는 PCI Express 에서지터분석이사양의측정에적용되면서어떻게발전해왔는지살펴본다. 중간-최대지터 원래 Gen1 PCI Express 사양 (Rev1.0a) 에서는 " 중간-최대지터 " 를연속되는임의의 250비트상에서측정한값이라되어있었다. 중간-최대지터는중간을타이밍기준으로사용하는 TIE(Time Interval Error) 의양또는음의방향의최대편차이다. 그림 9는중간-최대지터가 250개의단위간격에서 TIE의히스토그램에서어떻게측정되는지나타낸것이다. 측정한계 ( 그림 9에서강조표시한부분 ) 가중간-최대지터사양을나타내는 TIE의최소및최대값주위에표시된다. 클럭복구를위해서는연속되는 3,500비트의평균을취한다음클럭복구윈도우의중심에서 250비트분석윈도우를적용한다. 이분석방법은위상보간수신기동작을에뮬레이션하기에좋은모델을제공한다. 3500:250 방법은지터의 3차필터함수방법과유사하다 (1.5MHz의컷오프주파수에 -60dB/decade 감쇠 ). 이방법에서는저주파 SSC를걸러내어 SSC 기능의사용여부에상관없이이기술을시스템에서사용할수있게한다. 텍트로닉스는 SmartGating 기능을사용하여 RT-Eye 소프트웨어에 그림 9. 임의의 250UI 상의 Rev1.0a 중간-최대이외의지터그림 :250 윈도우지정에사용되는 SmartGating 서이방법을일반화해왔다. SmartGating( 그림 10) 기능을사용하면클럭복구및분석윈도우를지정하여시간간격오류측정에서다른유효필터함수를나타낼수있다. ClockRecovery:Analysis 윈도우를설정하여사용자가정의한간격으로파형을스캔할수도있다. 100UI의간격으로파형을스캔하는 3500:250 윈도우를설정하면 PCI-SIG의 SigTest 소프트웨어에상관되는결과를제공한다. 10

11 그림 11a. Gen1(Rev1.0a) 방식을이용한 Add-In 카드테스트 그림 11b. Gen1(Rev1.1) 방식을이용한 Add-In 카드테스트 실제장치를테스트해본후상호운용성을보장하려면보다강력한지터사양이필요하다는사실이밝혀졌다. 새사양 (Rev1.1) 에서는기준클럭위상지터와는독립적으로송신기지터를측정한다. 1차 (1.5MHz의모서리주파수에서 -20dB/decade 감쇠 ) 필터함수를지터데이터에적용하고송신기장치의 RefClk 입력에인가된 " 클린클럭 " 으로측정함으로써클럭복구가달성된다. Rev1.1의지터는 100만 UI에서측정되어지정되며, 1.0a 사양의경우 " 임의의 250UI에서 " 지터를지정한다는점에서모호했다. 송신기구성요소및 Add-In 카드테스트의경우새로운 Rev1.1 송신기지터사양이적합성에사용된다. SSC 기능을사용하는시스템의경우 Rev1.0a 사양으로부터의원래 3차함수의적합성준수절차가유지된다. 그림 11은두가지사양을사용하여테스트되는 Add-In 카드의예를나타낸것이다. 그림 11a는스캔모드를활성화한상태에서 3500:250 방식을사용하여 Rev1.0a CBB(Compliance Base Board) 로테스트하는것이다. 그림 11b는 1차소프트웨어 PLL을사용하여 Rev1.1 CBB로같은장치를테스트하는것이다. Rev1.1의지터허용오차범위가더좁지만 ( 마스크가더넓음 ) DUT에클린클럭이인가되므로측정된 TIE 지터는훨씬작다 ( 중간-최대지터가 27.6ps vs ps임 ). 최종결과는두가지방법론에서모두해당장치가합격이다. 11

12 그림 12a. Dual-Dirac 지터평가모델 Dual-Dirac 지터 중간-최대지터테스트에서설명한바와같이, Gen1 PCIExpress 사양은지터측정을위한 TIE 히스토그램접근방식에의존한다. Gen2 사양에는 Dual Dirac 모델을사용함으로써지터를지정하는추가단계가있다. 이방식에서는그림 12a에나타낸것과같이전체지터 (Tj), 랜덤지터 (Rj) 및결정성지터 (Dj) 를평가한다. Dual-Dirac 곡선을유도하기위해여러가지획득및분석기술이개발되었다. TIA(Time Interval Analyzer) 에주로사용되는한방식은장시간에걸쳐 TIE(Time Interval Error) 히스토그램을그리는것이다. 다른두 BER 레벨의 Tj를측정할수있다 ( 예 : 10-4 및 10-7 BER). 이들값을측정하고나면 BER에서 Tj를추정하는직선을그릴수있다. 이직선의경사와절편을그려 Rj와 Dj 값을유추할수있다. 이와는반대로, TDSJIT3 또는 RT-Eye를사용하는실시간 (RT) 오실로스코프는 " 지터측정에대한스펙트럼접근방식 " 을사용하여 BER에서 Tj를추정한다. 그런다음같은접근방식을이용해 10-9에서 Tj를측정한다. 이두레벨에서 Tj가결정되면같은직선을 그림 12b. Gen2 Dual-Dirac 방식을사용하는송신기테스트 그리고 Rj와 Dj를추정할수있다. 텍트로닉스가개발한지터에대한스펙트럼접근방식에는랜덤성분과결정성성분을분리하는특허기술이포함된다. 12

13 그림 13. 차동 RefClk 적합성테스트 그림 14. TDSJIT3 소프트웨어를사용하는확산스펙트럼프로파일링 스펙트럼접근방식은지터측정을위한 BERT 검색방식과상관관계를맺어왔다. 스펙트럼접근방식은히스토그램을이용할때보다짧은시간에정확한지터추정치를제공하므로직렬데이터개발자들사이에이방식이널리채택되었다. 그림 12b는이기술을사용하여테스트한 Gen2 PCI Express 송신기의결과를나타낸것이다. 기준클럭 (RefClk) 지터 이전섹션에서설명한바와같이, Rev1.1 사양에서는송신기지터와 RefClk 지터는따로측정해야한다. PCI Express 송신기와수신기는각 PLL의전달함수의변동, 전송지연의차이그리고수신기에있는 CDR의추적대역폭으로인해다른위상지터추적동작을보인다. 송신기와수신기가최악의상태로조합되어이것이전파되고걸러지는지터의양으로기준클럭을지정할필요가있다. 이것은 Rev1.1 CEM 및 Gen2 기본사양에지정되는지터마스크기능을통해수행된다 및 BER에서허용되는지터도지정된다. 그림 13은 RT-Eye 소프트웨어를사용하여 RefClk에필수 Rev1.1 CEM 사양을적용한결과이다. 전체지터외에도, 이도구는슬루율, 고전압및저전압, 클럭의듀티사이클과같은파라미터도측정한다. SSC 프로파일링 클럭의신호무결성외에도, PCI Express 사양에서는클럭주파수가 30-33kHz의변조주파수에서기본데이터전송률에서 -0.5% 확산되는것으로지정된다. 이에따라데이터주기가 400ps에서 402ps로확산된다. 데이터신호에서 SSC의프로파일을얻으려면데이터주기를측정및필터링해야한다. TDSJIT3 Advanced Jitter Analysis 소프트웨어를사용하여고성능실시간오실로스코프에서긴레코드를분석한다. 그림 14는데이터주기측정값에 5MHz의저역필터를적용하여 CLB(Compliance Load Board) 를사용해마더보드에서 SSC 프로파일을검증한결과를나타낸것이다. 13

14 실시간아이다이어그램및마스크테스트 일련의데이터파형을중첩하여나타나는오실로스코프디스플레이인 " 아이다이어그램 " 은 PCI Express 송신기신호의품질을설정하기위한중요한도구이다. 아이다이어그램을만들려면데이터에서클럭을복구하여랜덤, 의사랜덤또는적합성패턴비트를전달하는데이터스트림을동기화할필요가있다. 소프트웨어적으로복구된클럭과실시간파형데이터를중첩하는텍트로닉스특허기술이텍트로닉스실시간오실로스코프에서실행되는 RT-Eye(Real Time Eye) 소프트웨어의기초이다. 이전섹션에서설명한바와같이, 테스트대상장치와사양버전에따라클럭을복구하는기술은여러가지가있다. 클럭을복구하는것외에도, 송신기와인터커넥트테스트포인트는전이비트와디엠퍼시스된비트를구분하고각비트유형에대해마스크테스트를수행해야한다. 그림 15는마스크배치도가사양에서정의되는것을나타낸것이다. 그림 11과 12는 RT-Eye 소프트웨어를사용하여결과아이다이어그램이어떻게동시에표시되는지나타낸것이다. 앞서설명한바와같이, Gen1에대한T TX-EYE 사양은 1UI에서컴포지트 TIE 지터를뺀것으로정의되는 ' 파형아이마스크 ' 이다. Gen2에서 T TX-EYE 는 Dual-Dirac 모델을사용하여 BER에서 1UI에서전체지터를뺀것으로정의되는 ' 지터마스크 ' 로지정된다. 두경우모두진폭측정은오실로스코프에서획득할때전압을바탕으로한다. 노이즈와노이즈가지터에미치는영향지터측정에대해지금까지설명한분석기술은주로실시간오실로스코프에의해수행된다. 송신기에대한 3500:250 방식및 RefClk에대한위상지터필터와같은필터링기술은실시간으로캡처되는에지정보에의존한다. 실시간획득은지터의주파수성분을알아내기위한 그림 15. PCI Express 파형마스크사양 유일한방법이므로후처리알고리즘을사용하여주파수영역에서필터링될수있다. 하지만실시간오실로스코프의수직노이즈는지터및진폭영역모두에오류를추가한다. 이것은실시간오실로스코프가프런트엔드에서아날로그증폭기를사용하여파형을획득한다는사실때문이다. 아날로그증폭기에대한노이즈 x 대역폭값이일정하므로대역폭이크면획득된신호에서노이즈도커진다. 또한실시간오실로스코프의 A/D 컨버터분해능은설계상 8비트로제한되고이에따라양자화오류발생이불가피해진다. 시스템노이즈와양자화가결합되어측정결과에오류가추가된다. 많은경우이들오류는중요하지않고무시할수있는수준이지만 PCI Express 개발자가점점더긴송신채널을설계함에따라실시간오실로스코프의분해능과 S/N 비가제한될수있다. 이런애플리케이션의경우높은정확도의측정에등가시간샘플링오실로스코프를사용할수있다. 또한고속직렬데이터신호의지터뿐만아니라노이즈도분석하는새로운소프트웨어도구들이개발되었다. 14

15 그림 16a. 지터및노이즈분해 그림 16b. JNB 소프트웨어에서도출된지터및노이즈 PDF 그림 16a에서그림왼쪽은일반적인직렬데이터지터의분해도를나타낸것이다. 그림오른쪽은지터가시간영역에서분해될때와거의같은방법으로진폭영역에서노이즈를분해하는샘플링오실로스코프에서사용되는새로운기술을추가한것을나타낸것이다. 그결과는 2차원 PDF(Probability Density Function) 를나타내는 BER Eye이다. 그림 16b는텍트로닉스샘플링오실로스코프에서 TDS8JNB(Advanced, Jitter, Noise 및 BER Analysis 소프트웨어 ) 를사용하여아이클로져의정확한원인에대한보다자세한정보를제공하는 PCI Express Add-In Card에대한분석결과를나타낸것이다. 주파수영역측정인터커넥트링크적합성테스트에서는삽입손실, 반사손실및주파수영역 crosstalk와같은주파수영역측정이점점많이필요해진다. 수신기입력을특성화하는데도반사손실측정이요구된다. S-파라미터라고도하는이런주파수영역측정은주로차동모드에서수행되는데, 그이유는차동모드측정이디지털시스템의대역폭감쇠와지터에직접관련되기때문이다. 일부표준은공통모드측정이나모드변환측정이요구되기시작하는추세다. 이측정은진정한차동기능이있고측정대역폭 그림 17. 주파수영역 crosstalk 측정 에직접관련되는상승시간이적당한 TDR 가능오실로스코프로수행될수있다. 그림 17은텍트로닉스샘플링오실로스코프에서실행되는 80SSPAR IConnect S-Parameter 및 Z-line 소프트웨어를사용하여분석한 PCI Express 인터커넥트에대한주파수영역 crosstalk 측정결과를나타낸것이다. 15

16 그림 18. 두 DTG 채널에서디엠퍼시스된신호만들기 수신기감도및지터허용오차측정 Gen1 수신기테스트에서는루프백모드에서구성된테스트대상장치 (DUT) 를구동하기위한입력신호가필요하다. 이작업에알맞은도구는트레이닝시퀀스 (TS1 & TS2) 와같은정의된2.5Gb/s 테스트패턴을생성하고이를장치에적용할수있는패턴제너레이터 ( 데이터타이밍제너레이터라고도함 ) 이다. DUT에서수신기섹션의트레이닝시퀀스를인식하면송신기섹션에서유사한시퀀스를내보낸다. 이렇게송신된시퀀스는오실로스코프및 / 또는로직애널라이저로관찰및분석가능하다. DUT의성능을다양한스트레스조건에서특성화할수있도록트레이닝시퀀스를변경하는것이일반적인방법이다. 이런스트레스를구체적으로나열하자면, 진폭레벨변동, 아이교차수준변경, 차동스큐변동및추가된노이즈와지터등이있다. 또한수신기를철저히테스트하려면데이터타이밍제너레이터가연속전이비트를프리엠퍼시스처리하여 SerDes 회로를테스트해야한다. 그림 18은 2개의 DTG (Digital Timing Generator) 채널을조합하여디엠퍼시스된신호를만드는방법을보여준다. DTG에서조정할수있는것은진폭레벨뿐만아니라다음과같이다른것도조정할수있다. 타이밍허용오차 수신기한계를검색하기위해주파수를변경할수있다. 교차수준허용오차 차동신호의 D+ 및 D- 레그사이의교차전압을바꾸어공통모드비대칭을시뮬레이션할수있다. 스큐허용오차 차동신호의 D+ 및 D- 레그사이의지연을바꾸어차동스큐를시뮬레이션할수있다. 지터허용오차 지터주파수변조와진폭을바꾸어장치를지정된요구사항에맞게작동시킬수있다. 16

17 그림 19. 지터허용오차테스트를위한설정 수신기에대한지터허용오차는지터가있는상태에서데이터를성공적으로복구하는능력으로정의된다. 사양을준수하면일정양의지터가존재할때에도 SerDes 및 PLL 회로가클럭을복구할수있도록보장한다. 지터허용오차에대한테스트는상호운용성을보장하는데사용되는보다중요한테스트중하나다. PCI Express와같은애플리케이션에서는특히엄격한지터테스트가중요하다. 특정한진폭및주파수변조특성을가진지터를줄수있는신호원에대해서는절대적요구사항이있다. PCI Express 기본사양에서는지터를복구된송신기 UI( 단위간격 ) 에대한아이다이어그램교차점의편차로정의한다. 그림 19에표시한것처럼 DTG는진폭과주파수 성분양측면에서지터제어기능을제공한다. 이조합에서 PCI Express 수신기에대한철저한지터허용오차테스트를실행할수있다. 아날로그측정의신호충실도보장적합성테스트, 검증또는디버그목적의여부에관계없이모든 PCI Express 측정은장치프로빙, 신호데이터획득및캡처된정보의분석으로구성된다. 올바른도구를선택하고그것을정확히적용하는것이빠르고정확한결과를보장하는길이다. 이섹션에서는오실로스코프를선택할때테스트대상장치에연결하는다양한기술과아날로그성능고려사항을설명한다. 17

18 테스트대상직렬장치에연결테스트대상장치에연결하는것으로측정이시작된다. 여기서테스트할레인의기계적인터페이스는무엇인가라는질문이생긴다. 이것은권장테스트정의에서일반적으로제기되거나설계의액세스포인트에따라생기는질문이다. 각각고유의특징을가진다양한구성이있다. 기계적인터페이스는전기및로직테스트모두에대한프로빙에지대한영향을미친다. 이프로브는작은물리적특징에일치해야하는동시에측정장비에무결한고속차동신호를제공해야한다. 또는프로브가 SMA 커넥터로장착된테스트포인트와같은프로토타입고정장치에적응할필요가있다. 프로빙문제에대해서는다음 4가지접근방식이있다. 의사차동액티브프로빙실제차동액티브프로빙 의사차동 SMA 연결실제차동 SMA 연결 PCI Express 신호는차동적으로송신되므로여기서설명하는모든솔루션이차동적으로연결된다는점에주의한다. 의사차동액티브프로빙 차동신호의한쪽에각하나씩두개의차동액티브프로브를의사차동측정에사용할수있다. 그림 20은접지에대해차동쌍의 D+ 및 D- 레그에두개의프로브를납땜할수있는칩-칩애플리케이션예를나타낸것이다. 오실로스코프의두채널은두데이터채널을캡처한다. 프로브는신호의 AC 및 DC 성분을모두캡처할수있으므로다른링크에대한공통모드효과를살펴보는데최적의도구가된다. 링크의수신기는송신기 그림 20. 의사차동액티브프로빙 의차동진폭만보지만공통모드전압의변동으로교류사이클에서불필요한진폭변동이발생할수있다. 그림 20에서측정된신호는의사차동프로빙설정으로캡처한비대칭신호예를나타낸것이다. PCI Express 기본사양에최대공통모드 AC 전압 ("V CM ") 이지정되어있고공통모드 DC 전압에허용되는범위도규정되어있다. D+ 및 D- 파형을빼면차동전압파형 VDIFF가구해진다. 이수학적파형에서아이다이어그램, 진폭그리고지터및타이밍측정이이루어진다. 파형의양측은의사차동프로빙에서 2개의별도오실로스코프입력채널로들어오므로입력을데스큐한다음에측정작업을해야한다. 18

19 실제차동액티브프로빙 그림 21은커넥터기반카드-카드직렬링크의수신측을캡처하는차동프로브를나타낸것이다. 의사차동연결과는달리, 이프로브는단하나의오실로스코프채널만필요하고이어지는수학적단계를불필요한것으로만든다. 다른이점중에서도, 이프로브는여러오실로스코프채널을사용하여여러레인을캡처하는능력을제공한다. 또한여러개의고속테스트포인트를디버그하는데도유용하다. 그림 21의차동파형은한오실로스코프채널만필요하고데스큐는필요하지않다. 이경우에는차동모드측정만수행할수있다. 어떤프로브든 DUT에약간의부하를가하게된다는사실에주의할필요가있다. 모든프로브에는저마다주파수가증가할때임피던스가바뀔수있는회로모델이있다. 이것은관찰대상회로의동작과측정결과에영향을줄수있는데이는결과를평가할때반드시고려되어야하는요소이다. " 칩-칩 " 인터페이스를설계할때는테스트패드를보드설계로통합하여설계하고의도한프로브의기계적요구사항을고려하는것이중요하다. 반사로인한신호왜곡을피하려면프로빙패드를수신기종단저항에가능한한가까이두어야한다. 그림 21. 실제차동액티브프로빙 19

20 그림 22. 의사차동 SMA 연결 의사차동 SMA 연결 수많은적합성테스트장치와프로토타입회로는출력에서특성부하가필요하다. 장치 / 프로토타입에 SMA 고주파커넥터가장착되는경우 SMA 의사차동접근방식은신호에대한액세스를제공한다. 이것의한예가그림22에나타낸송신기적합성테스트이다. 여기서 DUT의출력은오실로스코프의두입력에직접연결되고그각각은 50Ω의입력임피던스를가진다. SMA 입력은고성능오실로스코프에서흔한것이고측정을수행하려고차동프로브를구매하지않아도 된다. 그림 22에나타낸것처럼차동쌍의두레그에서공통모드 AC 측정을할수있다. 오실로스코프가접지에종단되므로신호가교류결합되어야한다. 액티브프로빙의경우에서와같이다른공통모드신호에서한공통모드신호를빼면차동모드파형이생성된다. 이기법을사용할때는채널이데스큐되고 DUT에서오실로스코프입력으로연결된케이블과관련된손실을측정결과에고려하도록주의를기울여야한다. 20

21 그림 23. 실제차동 SMA 프로빙 실제차동 SMA 연결 그림 23은송신기경로적합성측정을위해설계된새로운종류의오실로스코프프로브를나타낸것이다. SMA 입력차동프로브는상호운용성포인트가 " 카드-카드 " 또는 " 카드-케이블 " 인터페이스에서정의되는적합성테스트에적합하다. 100Ω정합종단네트워크는차동신호의두레그를임의의공통모드전압에적절히종단한다. 공통모드전압은사용자에의해제공되거나어떤경우에는오실로스코프에서직접제공될수도있다. 그림 23은단일종단신호를변환하는실제차 동 SMA 프로브가차동증폭기를사용하여차동상태로되려는것을나타낸것이다. 이프로브에서는채널을데스큐할필요가없다. 텍트로닉스 P7380SMA(SMA 입력이포함된차동신호획득시스템 ) 의경우정합SMA 케이블과관련된손실은프로브제조시프로브에서캘리브레이션되므로케이블손실을캘리브레이션하거나마진으로고려할필요가있는의사차동 SMA 접근방식에비해정확한측정결과를제공한다. 21

22 그림 24. 이상적인저역필터의펄스응답 아날로그획득고려사항시스템성능이측정정확도를결정하는요인임계치에가까운고속측정을위한솔루션을선택할때는오실로스코프와프로브로이루어진쌍을하나의시스템으로간주해야한다. 측정장비의성능이측정의일부가된다. 시스템의디지털사양뿐만아니라아날로그획득특성도모두의미있는측정결과를제공하는데일정한역할을수행한다. 성능사양을이해하는것도해결과제에적합한측정이기를선택하는데중요한역할을한다. 획득시스템의성능대역폭평가 " 대역폭 " 이라는용어는어떤허용오차내에서오실로스코프의입력회로 ( 수직증폭기 ) 가허용하는주파수범위를나타낸다. 측정장비의샘플속도는대체로이샘플범위를다루도록최적화된 다. 시스템의대역폭이측정을수행하는데적합한지확인하는것이중요하다. 대역폭은얼마나되야충분할까? 이질문에대한대답은테스트대상신호의주파수성분에따라결정된다. 오실로스코프의입력이이상적인 " 브릭월 " 필터이고 5Gb/s PCI Express 신호 (101010이반복되는패턴송신 ) 가완벽한 2.5GHz 구형파라고하면오실로스코프화면에표시되는신호는그림 24와같을것이다. 이세플롯은이상적인대역폭필터의 BW가변할때어떤현상이발생하는지나타낸것이다. 3차고조파만통과시키는오실로스코프는 5차고조파를통과시키는오실로스코프에비해진폭이훨씬더높고전이시간오류가높을것이다. 최상의신호충실도를위해측정오류를최소화하려면최소한 5차고조파가필요하다는점이분명하다. 22

23 그림 GHz 오실로스코프로캡처된 5Gb/s 실제로는대부분의오실로스코프가 " 브릭월 " 필터가아니고오실로스코프의롤오프특성은신호충실도에엄청난영향을미칠수있다. 예를들어 15GHz 오실로스코프는 12.5GHz에서평탄한주파수응답 ( 손실 0dB) 을가지도록캘리브레이션되고 15Ghz에서 3dB 떨어지며 17.5GHz (7차고조파 ) 에서약간의에너지를가진다. 이것은고속 BERT 제너레이터의 5Gb/s 출력을측정할때그림 25에나타낸것과같이매우정확한아이다이어그램응답을발생시킨다. 그림에있는마스크는 Gen2 PCI Express 송신기전이비트마스크를나타낸다. 대역폭이낮은측정장비를사용하면마진이많지않다. 상승시간 그림 24에나타낸것처럼대역폭과상승시간에는상관관계가있다. PCI Express 기본사양에는송신기장치의최소전이시간이지정되어있다. Gen1의경우최소전이시간이0.125UI(50ps) 이고 Gen2의경우 0.15UI(30ps) 이다. 오실로스코프의전통적인상승시간사양 (10-90% 레벨에서측정됨 ) 과이사양의전이시간측정결과 (20-80% 레벨에서측정됨 ) 를혼동하지않는것이중요하다. 이런이유로대부분의오실로스코프제조업체는데이터시트에 10-90% 와 20-80% 상승시간사양을모두명기한다. 시스템상승시간이지정된측정의상승시간보다훨씬작을경우정확도가더높아진다. 예를들어 15GHz 실시간오실로스코프의경우 20-80% 상승시간사양은 19ps로서, 30ps의전이시간으로가장빠른 Gen2에서약 5% 의전이시간측정오류가발생한다. 5차고조파정확도는송신기적합성테스트 (SerDes 핀에서 ) 의최소요구사항이다. 대역폭이최대 70GHz이고상승시간이최소 5ps(10-90%) 인샘플링오실로스코프로특성화목적의추가적인정확성을얻을수있다. CEM과다른인터커넥트테스트포인트에서수행하는다운스트림측정의경우종종낮은대역폭 ( 상승시간이느림 ) 의오실로스코프를사용하는것으로충분하다. 그이유는신호가송신기핀을떠나동선송신채널을따라진행하면신호가추가로필터링되고신호의 5차고조파함량이줄기때문이다. 신호의전이시간이해당단위간격 (UI) 의높은비율이되는지점까지느려지는경우대역폭이낮은측정장비를사용하면상승시간과진폭의오류가크게감소한다. 하지만대역폭이낮은오실로스코프로정확한측정결과를얻게될지실제로알수있는유일한방법은 5차고조파성능을가진측정장비로같은측정작업을수행하여그결과를비교하는것이다. 23

24 샘플속도 실시간오실로스코프에서아날로그신호를정확하게재구성하는데필요한샘플속도는 Nyquist 샘플링원리에의해정의된다. Nyquist 샘플링원리란파형을정확히재구성하기에충분한데이터를캡처하려면입력신호의최고주파수함량의 2배이상큰샘플속도가필요하다는것이다. 따라서 15GHz 입력대역폭을가진측정장비는 40GS/s 샘플속도로지원된다. 샘플링오실로스코프에서샘플속도는진폭차수가더낮지만주요성능척도는아니다. 보간 (PCI Express에서 30-50ps의전이와같이 ) 전이시간이빠른신호의경우샘플링된데이터의 sin(x)/x 보간은진폭기반측정과아이다이어그램의정확성을향상시킨다. 측정되는에지에서발생하는샘플포인트가최소한 3개이상있도록보간계수를설정해야한다. 차동신호의스위칭임계값이나 " 제로레벨 " 에서기준레벨을취하는지터측정의경우일반적으로보간은결과에무시할수있을정도의영향만미친다. 일부실시간오실로스코프는획득경로의일부로 sin(x)/x 보간을제공한다. 이것은보간의기본수단이다. 이것은파형과측정쓰루풋을늦추지않고정확한결과를제공한다. 노이즈플로어 실시간오실로스코프에서지터노이즈플로어 (JNF) 는데이터종속적인지터를모두제거한상태에서한신호상의TIE(Time Interval Error) 의랜덤성분에의해정의될수있다. JNF는스코프입력에이상적인클럭신호 (101010) 반복패턴을제공하고 TIE의표준편차 (RMS) 를측정함으로써직접측정할수있다. 최고성능의실시간오실로스코프는일반적으로 400fs RMS 미만의랜덤지터노이즈플로어를제공한다. ( 실시간은아니지만 ) 샘플링오실로스코프를이용한유사한설정으로낮은노이즈플로어와높은디지타이저해상도로인해일반적으로 200fs RMS 미만을측정한다. 실시간오실로스코프의디지타이저해상도 DC는 8비트이고샘플링오실로스코프는 14비트를제공한다. 앞서설명한바와같이, 입력증폭기의노이즈요인과결합된실시간오실로스코프의낮은해상도로인해 2배더높은상대JNF가유발된다. 레코드길이 실시간오실로스코프의레코드길이는본질적으로캡처할수있는신호의주파수성분을정의한다. 이것은특히지터측정을할때중요해진다. TIE의저주파스펙트럼성분 ( 지터스펙트럼 ) 은이성분이캡처되는경우에만측정할수있다. 레코드길이가긴오실로스코프를사용하면최고샘플속도에서이런주파수를캡처할수있다. 예를들어레코드길이가 100M인경우50ps/pt에서 5ms의파형데이터를캡처할수있다. 이것은 1,250만 UI의 Gen1 PCI Express 트래픽또는 150사이클의확산스펙트럼클럭을나타낸다. PCI Express에서는저주파지터문제로인해통계적확실성을위해 100만 UI를요구하는 Rev1.1 사양이등장하게되었다. 단일획득에서 100만 UI를캡처하려면오실로스코프의레코드길이가최소 8M 이상이어야한다. 고주파성분을걸러내고데이터신호에서 30KHz SSC 프로파일을분해하려면 10사이클 (333μs) 또는 13M 이상의데이터를캡처해야한다. 트리거링 실시간오실로스코프에서는디버그애플리케이션에서트리거성능이최고가될수있다. 비트오류를일으킬수있는신호변형을캡처하려면측정장비가신호의같은대역폭에서트리거할수있어야한다. 예를들어 5Gb/s 신호의변형은 100ps 차수의폭에서글리치가될수있다. 시스템레벨에서특정심벌에서의트리거링도중요할수있다. 다음섹션에서는텍트로닉스고유의트리거시스템을사용하여 PCI Express 설계문제를디버그할수있는몇가지사용예를설명한다. 24

25 그림 26a. 비트오류탐지 그림 26b. 비트오류에서트리거 Pinpoint 트리거링및데이터디코딩도구를이용한디버그및링크비트오류찾기및트리거신호무결성측정작업을수행하는도중에설계문제가원인일수있는예상치못한동작이발생하는경우가종종있다. 이런경우에는문제를빨리격리하고해결하는데디버그가중요하다. 종종측정장비의트리거시스템과함께분석도구를사용하여이런문제를정확히짚어낼수있다. 그림 26a는 RT-Eye 소프트웨어가가끔발생하는비트오류를탐지한경우를나타낸것이다. 한눈에보더라도 2.5Gb/s 데이터내에서랜덤하고드물게발생하는 200ps 펄스가나타나는것을알수있다. RT-Eye 소프트웨어의비트오류로케이터기능을켜면아이다이어 그램 ( 상단왼쪽 ) 과획득된파형 ( 상단오른쪽 ) 이동시에표시된다. 마스크위반이발생하면그마스크를위반하는모든샘플포인트가파형뷰상에서붉은점으로표시된다. 파형플롯상세도 ( 아래쪽 ) 를확대하면변형의실제특성을똑똑히볼수있다. 실패한비트는실제로는 600ps 폭의비트이다. 실패한비트가발견되었다면, 이제이것을어떻게디버그할수있을까? 펄스폭이 600ps라는것을알고있으므로 600ps 펄스가발생할때만오실로스코프를트리거하도록펄스폭트리거를설정할수있다. 그림 26b는근본원인에대해보다면밀하게조사할수있도록데이터스트림에서 600ps 폭의펄스를찾아내는트리거설정을보여준다. 25

26 그림 27a. 파형에서데이터디코딩 그림 27b. 4 개의심벌로구성된임의의조합에서트리거 8b/10b 심벌검증및트리거 PHY의아날로그부분에서발생하는비트오류외에도, 링크를통해알맞은디지털데이터를송신하는것이중요하다. 잘훈련된안목을가지고있다면아날로그파형을보고그것을심벌 (K28.5, D10.2 등 ) 로변환할수있겠지만그렇게하는것은시간이걸릴뿐아니라오류발생가능성도높다. PTD(Protocol Trigger and Decode) 소프트웨어와함께실시간오실로스코프를사용하면 ( 그림 27a) 데이터가획득된파형 ( 아래쪽 ) 으로부터자동으로디코드되고디지털데이터를검증할수있는심벌목록 ( 중간 ) 도제공된다. 그림 27b는데이터의임의의네심벌 (40비트) 에서트리거할수있도록하는 PTD 소프트웨어의트리거설정메뉴를나타낸것이다. SerDes 기반트리거는실시간으로불균형과문자오류에서트리거할수있도록해준다. 26

27 디지털검증및디버그물리계층적합성테스트가길고도힘든제품개발프로세스의클라이맥스인경우가종종있다. 하지만적합성테스트를전후로하여다른문제가있다. 결국, 장치는펄스뿐만아니라유효한이진데이터도통과시켜야한다. 지금까지의논의에서장치가데이터및프로토콜레벨에서올바른정보를제공하는능력이있는지에대해서는아무것도검증된바없다. 이런레벨에서의디버깅, 문제해결및설계검증은적합성테스트준비에해당하는프로젝트의일부이다. 즉로직애널라이저를도입하여데이터를개별펄스가아닌전체로서획득하고해석해야한다는의미다. 로직애널라이저의디지털환경에서캡처된데이터는버스활동의타이밍다이어그램을만들어낸다. 직렬데이터는병렬형태로전환되고측정장비의메모리에저장된다. 적당한디코딩도구가있으면기록된이데이터를분해하여엔지니어가높은수준의프로그램명령이정확히수행중임을확인하는데도움이될수도있다. 이문서에서는주로아날로그테스트문제와솔루션을다루지만 PCI Express 측정을위한오실로스코프와신호원을보완하는로직애널라이저시스템을검토할만한가치가있다. 27

28 그림 28. PCI Express Mid-bus 프로브랜딩패드 올바른연결을위한프로빙수단모든측정작업은프로빙으로시작되고신호충실도를보존하는것이여기서는아날로그획득만큼이나중요한문제이다. 앞서우리는오실로스코프에최대한의신호충실도를제공하기위해 SMA 커넥터를프로토타입장치에장착하는방안을논의했다. 로직애널라이저는같은신호충실도란목표를염두에두고서이런접근방식에대해나름의해답을가지고있다. 2.5Gb/s 이상의주파수에서는공통된로직애널라이저프로브를간단히고정하기에충분치않다. 플라잉리드와마이크로그래버는그라운드루프와예측불가능한다른아날로그효과를유발하게될것이다. 핀헤더로신호를라우팅하는것조차도저전압, 고주파직렬신호에영향을준다. 이들은커넥터에의한전기스터브또는손실을허용하지않는다. 그대신보드레이아웃중에프로빙방식을고려해야한다. PCI Express에대해표준화된방식은 Midbus 프로브인터페이스이다. 그림 28은 Midbus 프로브의풋프린트를나타낸것이다. 28

29 그림 29. PCI Express Mid-bus 프로브랜딩패드 커넥터기반액세스포인트와달리, 랜딩패드는프로브를사용중이지않을때는신호에거의아무런영향을미치지않는다. 물론, 랜딩패드는로직애널라이저프로브에정합패턴을요구한다. 그림 29의프로브는이런목적으로특별히설계된것이다. 분명히그목표는프로브의부하효과를최소화하는것이다. 하지만어떤프로브든신호손실에일정부분영향을미치게된다. 고속신호는프로브의임피던스, 특히용량성부하에민감하다. 신호의대역폭이증가함에따라프로브커패시턴스효과도증가한다. PCI Express 획득에 " 이상적인 " 프로브는다음과같은특징을지닌다. 높은아날로그대역폭높은임피던스낮은커패시턴스최소스터브 29

30 그림 30. 이예에서로직뷰는데이터를디스크램블, 데스큐및디코드하고비트를올바른극성으로설정한다. 그결과는 16 진수데이터스트림으로표시된다. 신호획득 : 패킷에서병렬까지직렬신호는폭이몇비트정도되는깊은데이터패킷을전달하고병렬신호는 1비트깊이지만폭은수비트에달하는 " 워드 " 형태로나타난다. 로직애널라이저는본질적으로병렬아키텍처를갖추고있으며데이터를동시에받아들이는여러채널 ( 비트 ) 이있다. 하지만특수프로세서및버스지원패키지덕분에로직애널라이저는병렬데이터만큼바로직렬데이터를획득하고분석할수있다. 최첨단로직애널라이저임을나타내는증표가다름아닌프로세서와버스지원패키지의폭이다. 그림 30은로직애널라이저디스플레이가직렬데이터를분석하는방법과그것을논리적, 전기적하위블럭형식으로표시하는방법을보여준다. 문제해결효율성제고에는트리거링이핵심관건로직애널라이저의한가지주요특징은트리거링시스템의유연성이다. PCI Express와같은특정직렬표준에맞춰설계된지원패키지와결합시로직애널라이저는지정된트랜잭션을쉽게분리하고캡처하기위한첨단트리거링기능을제공한다. 로직애널라이저가제어심벌과같은트랜잭션이나다른패킷요소에서트리거링 ( 속도에서 ) 을허용할때디버그작업이빠르게진행된다. 일부측정장비에는그림 31에 30

31 그림 31. 로직애널라이저트리거템플릿 나타낸것과같은트리거링템플릿도포함된다. 이런트리거링템플릿은사용자가관심이벤트를지정하는 " 양식 " 을채울수있도록해주는초기설정 ( 공장출하시설정또는사용자정의 ) 이다. 템플릿필드는각직렬프로토콜의고유한요구사항에맞게최적화될수있다. 결과분석획득이완료되면저장된데이터를의미있는결과로디코드하고적당한방식으로표시해야한다. 버스지원패키지에는그림 32에나타낸것과같이항목을나열한창을사용하여패킷스타일뷰에캡처된데이터를분해, 디코드및표시하기위한정교한소프트웨어도구가포함된다. 이것은 X8 PCI Express 버스에서획득한것이다. 그림 32a는로직애널라이저에나타나는디스플레이를보여준다. 이디스플레이에는패킷 / 제어심벌요약, 패킷 / 제어심벌의필드디코딩세부정보및원데이터의세요소가포함된다. 컬러코딩은이세요소각각에서텍스트를구별하고패킷 / 제어심벌요약의패킷과제어심벌을구분한다. 색상도상세정보열에서요청및응답패킷의트랜잭션및작업수준을구분해준다. 그림 32b는같은데이터의파형뷰를나타낸것이다. 최적의지원패키지가구비된경우로직애널라이저는송신및수신포트에상관된온보드프로세서활동의딥캡처및이들포트의딥동기디스플레이와같은첨단분석기능을제공한다. 디스어셈블러는물리계층에서제어심벌디코딩및개별필드의표시기능, 물리, 전송및로직프로토콜계층에서개별필드의패킷디코딩및표시, 송신및수신데이터포트양측의동시디코딩기능을제공한다. 31

32 그림 32a. X8 PCI Express 링크의목록나열디스플레이 그림 32b. X8 PCI Express 링크의파형디스플레이 32

33 PCI Express 관리솔루션의개요이시점에서직렬적합성측정에고성능측정장비의리소스가필수적이라는사실이분명해진다. 5가지종류의측정장비가거의모든디버그작업뿐아니라 PCI Express 검증및적합성테스트에사용된다. 오실로스코프액티브 PHY의전기적부분을측정하기위해선택하는도구가고성능오실로스코프이다. 최첨단디지털오실로스코프는매우양호한신호무결성으로멀티기가비트범위에서파형을캡처할수있다. 직렬비트스트림에서클럭이복구되면그파형으로부터오실로스코프가아이다이어그램을만들수있다. 오실로스코프가만든아이다이어그램은신호특성을잘보여준다. 광범위한내장측정라이브러리를사용하여아이다이어그램과획득된파형모두의정량적평가를즉시수행할수있다. 전용도구를이용한추가처리를통해 TIE(Time Interval Error) 가산출된다. TIE를분석하여랜덤및결정성지터 (DJ) 를분리해낼수있으며이분석결과를통해 BER( 비트오류율 ) 에서전체지터도추정할수있다. 여러측정장비의기능을하나로결합하는것을제외하고, 오실로스코프에는프로빙유연성, 풍부한디스플레이기능, 트리거링기능등과같은다른이점도있다. 실시간 (RT) 오실로스코프실시간오실로스코프는연속적으로인접하는데이터레코드를캡처한다. 직렬링크분석의경우오실로스코프는각비트에서최소한여러개의샘플을캡처할필요가있다. 오늘날의최첨단디지털스토리지오실로스코프 (DSO), 디지털포스퍼오실로스코프 (DPO) 및디지털직렬분석기 (DSA) 는최대8Gb/s까지신호를잘특성화할수있는최대15GHz 대역폭으로최대 25ps 샘플간격 ( 샘플링속도 40GS/s) 으로샘플링할수있다. 실시간오실로스코프의연속적인실시간레코드기능은다음과같은특별한이점을제공한다. DSP(Digital Signal Processing) 소프트웨어알고리즘은디지털화된직렬데이터비트스트림에서내장클럭을복구할수있다. 이 (sw 기반 ) 클럭복구방식은가장유연한것이며, 클럭복구하드웨어의필요성과불가피한지터발생을없앤다. 최적의실시간오실로스코프에서신호경로는측정장비의최대또는거의최대에가까운 BW를수행하므로이들실시간오실로스코프의 hw 트리거가지닌광범위한트리거링기능을사용하여관심있는데이터또는이벤트에서트리거할수있으며, 종종다른방법으로는볼수없는희귀한이벤트를캡처한다. 데이터를실시간으로캡처함으로써최소한의제약조건으로분석할수있고, 예컨대지터스펙트럼정보가모든지터유형에완전하고앨리어싱되지않고완전히랜덤한데이터도캡처하여저장 / 디코드할수있도록측정장비의전대역폭이캡처된다. 마지막으로, 데이터캡처의완전성은예상도, 예측도하지못한동작의디버그에서매우중요하다. 33

34 등가시간 (ET) 샘플링오실로스코프 " 샘플링오실로스코프 " 및 " 통신 ( 신호 ) 분석기 " 로도알려진등가시간샘플링오실로스코프는초고속으로신호무결성을분석하기위한오실로스코프이다. 최대대역폭이 70GHz 이상인이측정장비는 1Gb/s 이하에서 40Gb/s 이상에이르기까지다양한광학및전기신호를분석할수있다. 샘플링오실로스코프는실시간속도로캡처하려하지않기때문에보다정확한신호캡처를수행할수있는기회를가진다. 따라서샘플링오실로스코프는높은디지타이저해상도와우수한노이즈성능을제공하며이두가지특징모두오늘날의직렬링크에일반적인저전압신호획득에유리하다. 마찬가지로, 샘플은 " 등가시간 " 시퀀스에서만캡처되므로서로 femptosecond 단위이내의간격으로존재할수있어샘플간간격이나보간에대해신경쓰지않아도된다. 이에반해지터분석은보다복잡하고때로는예컨대반복적패턴으로측정되는신호를제약한다. 또한샘플링오실로스코프는대역폭이높기때문에 TDR 및 S-파라미터측정기능도제공하므로직렬데이터장치에서 S-파라미터측정을수행하는데별도의 VNA(Vector Network Analyzer) 가필요치않다. 또한샘플링오실로스코프에는클럭복구기능이포함될수있으며이경우이기능은하드웨어적으로제공된다. 일부실시간오실로스코프는각각나름의이점이있는하드웨어클럭복구기능을사용하여 RT( 실시간 ) 및 ET( 등가시간 ) 판독기능을모두제공한다. 신호발생기상당한수준의고속엔지니어링기술에는 " 실제 " 조건에서작동하는설계기술이포함된다. 이런조건을가능한한근접하게모방하는데알맞은도구는프로그램가능신호원이다. 오늘날과같은높은데이터전송률에서테스트신호를생성하려면고속 DTG(Data Timing Generator) 와 AWG(Arbitrary Waveform Generator) 가필요하다. 이런측정장비가없으면새로운물리계층설계를테스트하고검증할방법이없을것이다. 수많은신호원이오실로스코프를이용해캡처한신호를재생할수있다. 이렇게캡처한신호는기준신호역할을하거나테스트대상장치에스트레스를주는요소로수정될수있다. DTG( 데이터타이밍제너레이터 ) 는특히오늘날가장첨단으로손꼽히는측정장비에서최대 96채널까지병렬데이터채널의다중스트림을생성하는데특히유용하다. 이도구는 3.3Gb/s의데이터전송률을제공한다. 이와동시에이첨단측정장비는독립레벨, 상승 / 하강및지터제어를포함한수많은신호조작기능을제공한다. 고속디지털신호는필연적으로아날로그속성을가진다. AWG( 임의파형제너레이터 ) 는버스채널에서아날로그성분 ( 일반적으로계획적인손상 ) 을가진자극신호를제공할수있다. 어떤유형또는어떤형태의파형이라도제공할수있는AWG가설계와제조에전체적으로적용된다. 현재 AWG의샘플속도는4GS/s(2GHz 대역폭 ) 를초과한다. 이는 4Gb/s의데이터전송률에해당하는속도이다. 34

35 로직애널라이저 포맷된직렬데이터 ( 개별펄스특성과는반대임 ) 를측정하는데널리쓰이는도구가로직애널라이저다. RT 및 ET 오실로스코프와는달리, 로직애널라이저는이진데이터를캡처하고이를클럭, 사이클및에지전이로표현한다. 로직애널라이저의목적은직렬송신의순수한디지털측면의획득및분석작업을단순화하는것이다. 직렬버스디버그작업을수행하려면로직애널라이저가고속버스의요구사항, 즉높은샘플속도, 딥메모리, 유연한트리거링과동기화등과같은특징에적합한기능을제공해야한다. 그리고오실로스코프와마찬가지로, 적은영향만을미치는프로빙도구를제공해야한다. 요약 PCI Express 기술은이미도처에사용되고있고컴퓨터시장에서끊임없이보다빠른데이터전송률을요구함에따라그중요성이더욱커질수밖에없다. 설계와검증작업을맡은엔지니어는개발일정이빠듯하고표준이빠르게변화하는환경에서새롭고많은면에서낯설수도있는개념인직렬적합성측정이라는기술을터득해야한다. 다행히도 PCI-SIG와같은업계작업그룹이있어설계, 아키텍처및적합성요구사항에대한기술과분석정보를안정화하고보급하는역할을한다. 이와동시에, 실시간및샘플링오실로스코프에서로직애널라이저및신호발생기에이르기까지다양한측정도구는엔지니어가 PCI Express 측정과제를수월하게다루는데도움이된다. 이들솔루션은가장복잡한직렬신호도캡처, 표시및분석할수있는높은성능을제공한다. 이런혁신적이고자동화된도구덕분에, 엔지니어는적합성및검증테스트를신속하고수월하게수행하여출시기간을앞당길수있다. 35

36 DSA70000 시리즈 DSA70000 시리즈는새로운실시간 DPO로서해결하기까다로운신호무결성문제를풀기위한업계최고의솔루션이다. TDS6000B/C 시리즈 TDS6000B/C DSO 시리즈는검증, 디버그및적합성문제를해결할수있도록설계된기능세트와함께최고의성능을제공한다. Pinpoint 트리거는문제를보다빨리해결하기위한 1,400 여가지조합을제공한다. TDS8200 시리즈 TDS8200 시리즈는수십 GHz 의대역폭이필요한애플리케이션에대한연구, 설계평가및제조테스트를위해설계된제품이다. TLA7000 시리즈 TLA7000 시리즈는포착하기어려운문제의소스를캡처하고분석하기위해획기적인디지털시스템분석도구를제공한다. TLA7000 시리즈는이렇듯포착하기어려운문제의소스를캡처하는것외에도, 큰디스플레이와빠른시스템데이터쓰루풋으로원하는가시성을얻는데필요한속도를제공한다. DTG5000 시리즈 DTG5000 시리즈는다기능벤치톱폼팩터에서펄스제너레이터의기능과데이터제너레이터의파워를결합한다. 이제품의플랫폼은모듈식으로되어있어기존요구사항과새롭게부각된요구사항에맞춰측정장비성능을쉽게설정함으로써장비비용을최소화할수있다. 텍트로닉스연락처 : ASEAN / 남양주 (65) 남아프리카 네덜란드 노르웨이 대만 886 (2) 대한민국 82 (2) 덴마크 독일 +49 (221) 러시아및 CIS +7 (495) 룩셈부르크 +44 (0) 멕시코, 중앙아메리카및카리브해 52 (55) 미국 1 (800) 발칸, 이스라엘, 남아프리카및다른 ISE 국가들 벨기에 브라질및남미55 (11) 스웨덴 스위스 스페인 (+34) 영국및아일랜드 +44 (0) 오스트리아 이태리 +39 (02) 인도 (91) 일본 81 (3) 중국 86 (10) 중동, 아시아및북아프리카 중앙동유럽, 우크라이나및발트국 중앙유럽및그리스 캐나다 1 (800) 포르투갈 폴란드 프랑스및북아프리카 +33 (0) 핀란드 홍콩 (852) 기타지역 : 1 (503) 최종업데이트일자 2006 년 2 월 28 일 텍트로닉스최신제품정보리소스 : Copyright 2006, Tektronix. All rights reserved. 텍트로닉스제품은현재등록되어있거나출원중인미국및국제특허의보호를받고있습니다. 이문서에포함되어있는정보는이전에발행된모든자료에실린내용에우선합니다. 사양이나가격정보는예고없이변경될수있습니다. 텍트로닉스및 TEK 은텍트로닉스, Inc. 의등록상표입니다. 본문서에인용된다른모든상표는해당회사의서비스마크, 상표또는등록상표입니다. 1/06 FLG/BT 4HK