오실로스코프를 사용하기 전에 명심해야 할 것

원 포인트 레슨 2011. 11. 18. 09:27

회로를 프로브하기 전에 스코프 스크린을 보면서 자신에게 던져야할 할 질문:

   내가 측정하려고 하는 신호는?
  
스코프 setup은 정확한가?
  
스코프는 calibrated 되었나?
  
내가 예상한 amplitude인가?
   offset
이 있다면, 예상했던 바 인가?
  
예상했던 frequency인가?
   trigger
는 안정적인가? 스코프 setup이 바른가?
  
신호가 안정적인가? 그렇지 않다면 얼마나 많이 변하나?
  
현재의 측정치를 이전의 것과 어떻게 비교할 것인가?

 

디지털 스코프 사용에서 흔히 범하는 10가지 실수

 1. 적은 메모리로 넓은 시간을 보려고 할 때 undersampling이 발생하는 것.
 2. application note
를 모두 읽어보지 않는 것.
 3.
장비의 측정 시스템에 error source를 고려하지 않거나 모르는 것.
    ADC Effective Bits
    ADC Non-linearities
    Aliasing (Extreme Undersampling)
    Amplifier - BW Rolloff, Noise, Non-Linearity
    Amplifier - DC Offset
    Aperture Jitter
    Interpolation (Using Linear Vs. SIN X/X Near Nyquist Frequencies)
    Misinterpreting Causes & Effects
    Misinterpreting Instrument Setup That Negates Or Changes Intended
    Misinterpreting/Misreading Values Displayed
    Noise In Scope
    Noise In Signal
    Probe Effects (Loading, Propagation Vs. Length, Compensation, Grounding)
    Timebase Drift/Jitter
    Trigger Jitter
    Triggering Under The Wrong Conditions
    Under Utilized Dynamic Range (not Filling The Screen)
    Undersampling (too Few Samples/Sweep)
    Undersampling (too Few Sweeps To Know What Is Actually Happening)
 4.
스코프의 측정력을 사용하지 않는 것. 8비트 측정이 눈 대중보다 5배 이상 정확하다.
 5.
시간에 대해서 변하는 것을 보기 위해서 persistance, histograms, statistics 등을 사용하지 않고 
1회만 측정하는
    것.
 frequency spectrum에서 변하는 것을 보기 위해서 FFT display를 확인하라.
 6. 스코프를 배우기 위해서 그리고 최신 버전으로 펌웨어를 업데이트하기 위해서 시간을 사용하지 않
는 것.
 7. high frequency load sensitive circuit을 측정하는데 passive probe를 사용하는 것.
 8. 시간 상의 너무 작은 부분만 보아서 원인과 효과를 보지 못하는 것.
 9. 4개의 trace를 한 화면에 보기 위해서 각 waveform full scale 25%로 줄이는 것.
    이것은 resolution accuracy에서 2개 이상의 bits를 날려버린다.
10. 같은 스코프를 사용하며 나름의 테크닉을 가지고 있는 회사의 다른 동료와 대화를 나누지 않는 것.

:

SI/PI for the high speed memory module

원 포인트 레슨 2011. 11. 18. 09:20

예전에는 system BW memory B/W보다 컸다. 그러나 2003년부터 memory B/W system 보다 커지기 시작해서 현재는 1.5배에 이른다. 이것은 메모리 시스템에서 dual channel 구조(128bit)를 채택했기 때문이다. 향후에는 더 넓은 B/W를 확보하기 위해서 quad channel 구조로 갈 것이다. BW가 넓어지려면 기본 주파수가 올라가야 되고 이것은 필연적으로 SI PI 이슈를 가져온다. 또한 공급 전원은 점점 낮아지는데 이것은 PI 이슈를 가져온다. 이런 이슈들을 다루는 과정에서 target spec이 정해지게 된다.

고속 인터페이스에서 어떻게 정확하게 SI PI를 분석할까? 첫째로, worst case condition을 고려한다. 둘째로, 여러 가지 방법(time domain, frequency domain)을 사용하여 분석한다. 셋째로, via, socket, package등 정교한 모델링을 이용한다.

패키지 모델링의 경우 기존에는 lumped RLC 모델을 사용하여 왔다. 이 경우 mutual effects를 고려하기 힘들고, loss를 반영하기 힘들다. 이때, s-parameter 모델을 사용하면 쉽게 이를 해결 할 수 있다. S-parameter 모델을 사용하면, BW를 체크하기 쉽고, 주파수 dependent한 파라미터들이 반영 되어 있어서 좋다. 반면에, passivity violation이나 causality violation을 유발할 가능성이 있고 transition simulation을 할 때는 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.

SI는 크게 jitter voltage swing으로 판단을 한다. 이때 jitterPVT, Dj/Rj, Vox, Output impedance control TX의 특성과, X-talk, ISI 에 의해서 유발된다. 그리고 충분한 voltage swing을 확보하기 위해서는 인터페이스에서 Ron/Rtt을 최적화 해야 한다.

 PI는 전원을 어떻게 static하게 하느냐의 문제인데, 결국 디자이너가 할 수 있는 일은 PDN (Power Distribution Network)impedance를 낮추어주는 것 밖에 없다. 이를 위해서 On/Off-chip decoupling capacitor를 추가하는 것과, mutual inductance를 최소화 해주는 것이다. Decoupling cap의 선정은 매우 중요한 작업 중에 하나인데, 적절치 못한 capacitor의 선정은 효율을 떨어뜨린다. 예로, 예전에 220n + 22n의 조합을 사용하였으나, 100n 단일 값으로 사용하는 것이 효과적이어서 바꾼 사례가 있으며, 경우에 따라 100n 혹은 10n를 사용하는 것보다 중간 값 정도인 47n를 사용하는 것이 효과적인 경우가 있다.

'원 포인트 레슨' 카테고리의 다른 글

아날로그 그라운드(Analog Ground)  (0) 2011.11.20
오실로스코프를 사용하기 전에 명심해야 할 것  (0) 2011.11.18
n-section LC circuit model  (0) 2011.11.17
Dielectric Loss 2  (0) 2011.11.17
Dielectric Loss  (0) 2011.11.17
:

n-section LC circuit model

원 포인트 레슨 2011. 11. 17. 10:12
 transmission line은 일반적으로 T model로 표현이 된다. T model은 그냥 impedance 값과 delay만 주면 되는 형식을 취한다. 그런데 경우에 따라서 transmission line을 L과 C의 조합 회로로 표현 할 수 있는데, 이 때 몇 개의 섹션으로 구성을 해야 T model과 동일한 결과를 얻을 수 있을까? time delay(TD)가 1 ns이고 impdedance가 50 ohm인 전송선을 생각해 보자.
      total capacitance      = TD/Zo = 1n/50 = 20pF
      total loop inductance = TD*Zo = 1n*50 = 50nH
 라인 전체의 capacitance 성분은 20pF이고 inductnace 성분은 50nH이다. 이것을 그냥 하나의 lumped 회로로 구성을 하면 실측 결과 거의 125MHz 정도 까지만 T model과 일치하고 그 이상의 주파수에서는 다른 결과를 보여준다. 2개의 섹션으로 만들어서 실험을 해본 결과 250MHz까지 일치를 했고, 16개의 섹션으로 만들어서 실험을 해본 결과 2GHz까지 일치를 했다. 이것으로 부터 공식을 유출해 낼 수 있는데, 공식은 결국 주파수 그리고 전송선의 길와 관계된 것이므로 먼저 전송선과 주파수의 관계를 살펴보는 것이 좋다.
 전송선의 길이가 TD라고 하면, TD가 half wave인 주파수와 그 배수의 주파수는 impedance에 있어서 resonance peak를 보여준다.
      resonance freqeuncy = m * (Fo/2) = m * (1/2TD)
여기서,
      m은 peak의 숫자이며 동시에 전송선 안에 존재하는 half wave의 갯수이다.
      TD는 전송선 라인의 time delay이고
      fo는 전송선 안에 하나의 wave가 딱 맞는 주파수 이다.
 처음 예를 다시 보면, Fres = 1 * (1/(2*1)) = 0.5 GHz. 즉 첫번째 공진 주파수가 0.5GHz이다. 다시 위 실험결과에서 n-section으로 모델링된 전송선의 유효한 bandwidth를 식으로 만들면
      BW = (n/4)*(Fo/2) => 대략 = n * (Fo/10)
      n = 10 * BW / Fo = 10 * BW * TD
 위 식으로부터 얻을 수 있는 결론은 LC 섹션을 10개로 하면 bandwidth는 1/TD이 된다는 것이다. 즉 신호의 1/10 wavelength당 1개의 LC 섹션이 있어야 한다는 것이다. 다시 처음 예제로 돌아가서 TD = 1ns인데 5GHz의 bandwidth를 얻고 싶으면 적어도
      n = 10 * 5G * 1n = 50 section 이 필요하다.
 또 위식에서 알 수 있는 것은 하나의 섹션의 bandwidth는
      BW = 0.1/TD 가 된다.
위 예라면 TD = 1ns 이면 1개의 section의 bandwidth는 0.1/1n = 100MHz이다.
이제 신호의 rise time(RT)과 연계해서 생각해보자. 신호의 bandwidth는 0.35/RT인데, 전송선 모델의 bandwidth가 신호의 bandwidth보다 커야 하므로
  BW model > BW sig
  n * (1/(10TD)) > 0.35/RT
  n > 3.5 * (TD/RT)
만약에 rise time이 0.5 ns이고 time delay가 1 ns이면, n > 3.5 * 1/0.5 = 7 section이 된다. 여기서 또하나 알 수 있는 것은 진행하는 신호의 leading edge에 있는 spatial extent 동안에 적어도 3.5개의 LC section이 있어야 한다는 것이다.

'원 포인트 레슨' 카테고리의 다른 글

오실로스코프를 사용하기 전에 명심해야 할 것  (0) 2011.11.18
SI/PI for the high speed memory module  (0) 2011.11.18
Dielectric Loss 2  (0) 2011.11.17
Dielectric Loss  (0) 2011.11.17
Via 효과 줄이기  (0) 2011.11.17
: