EYE diagram 문제점을 TDR 측정으로 찾기

EYE diagram의 품질이 저하되는 원인에는 여러가지가 있겠지만, 가장 먼저 접근할 수 있는 Time domain에서의 원인분석 방법이 TDR(Time Domain Reflectometry) 입니다. TDR은 신호 경로의 임피던스의 변화를 측정하는 기술인데요, 이번 시간에는 실시간 오실로스코프로 6Gbps SERDES 출력신호의 EYE diagram을 측정하고, TDR 측정으로 문제 지점을 쉽고 빠르게 찾는 방법을 실측정을 통하여 살펴 보도록 하겠습니다.

업로드: 2014년12월 27일 

삽입손실(Insertion Loss; S-parameter)의 개념과 PCB에서의 측정방법

신호가 빨라지고 크기가 작아짐에 따라 PCB에서의 손실을 측정하고 설계에 반영하는 것이 점점 더 이슈가 되고 있습니다. 특히 고사양 PCB 제조현장에서 기존의 임피던스 측정과 더불어 새로운 필요로 대두되고 있습니다. 이번 강의에서는 PCB의 삽입손실(Insertion Loss, S-parameter, S21)에 개념에 대해 알아보고, 제조현장용으로 개발된 테스트 방식인 SPP, SET2DIL, Delta-L 에 대해서 살펴보겠습니다.

S-parameter에서 Fixture나 Probe의 영향 제거하기(De-embedding)

커넥터, 케이블, 부품, PCB 등의 S-parameter를 측정할 때 Fixture나 Probe를 사용하게 됩니다. 이때 이 Fixture나 Probe는 측정 결과에서 제외되어야 하는데, 그 완벽한 제거 방법 즉 De-embedding에 대해 알아봅니다.

Delta-L 측정의 개념과 방법

이 동영상은 이전의 삽입손실(Insertion Loss)의 개념과 PCB에서의 측정방법 중에서 Delta-L 부분만을 발췌한 편집본입니다. Delta-L을 빠르게 이해하시고자 하는 분들께 도움이 되기를 바랍니다.

업로드: 2020년 12월 3일 

업로드: 2021년 5월 27일 

소형 커넥터의 고주파 특성 측정하기: 손실(Insertion Loss), 반사(Return Loss/VSWR), 임피던스(TDR Impedance) (Part 2/2)

고속/고주파 신호용 커넥터의 특성을 정확하게 측정하는 것은 쉽지 않은 일입니다. 특히 물리적/전기적 길이가 짧을수록 측정의 정확도가 중요해 집니다. 길이가 짧은 커넥터의 경우 삽입손실(Insertion Loss)은 매우 작을 수밖에 없습니다. 오히려 상대적으로 임피던스의 미스매칭으로 인한 반사의 영향이 더욱 커 보이게 됩니다. 이때 반사를 나타내는 반사손실(Return Loss)이나 정재파비(VSWR)를 정확하게 측정하는 것이 중요한데요, 5G용 초소형 커넥터를 실제로 측정하여 이러한 고주파 특성을 정확히 파악하는 것을 보여드립니다.
이때 필수적으로 필요한 것이 테스트시 사용된 픽스쳐의 제거(de-embedding)입니다. 이러한 정확한 측정을 가능하게 한 Fixture de-embedding의 최신 기술에 대해서도 알아봅니다. 2편으로 나누어서 올립니다.


Part2: 정확한 측정을 위한 Fixture의 필요 조건

           De-embedding 시연

           측정 결과 해설

고속신호(High Speed Signal)와 신호무결성(Signal Integrity)의 이해

PCB, 케이블, 커넥터와 같은 인터커넥터로 이루어진 신호 전송선로를 통해 고속 디지털 신호를 손실과 왜곡없이 전송하기 위해서는 신호무결성(Signal Integrity)이라 불리는 고속신호전송이론을 이해해야 합니다. 이 시간에는 그 세계로 들어가는 문을 소개해 드립니다.

업로드: 2016년1월 25일 

업로드: 2019년 7월 27일 

업로드: 2020년 9월 19일 

업로드: 2016년12월 22일 

업로드: 2016년1월 19일 

업로드: 2020년 2월 28일 

업로드: 2020년 10월 12일 

EYE diagram(아이 다이어그램, EYE pattern) 측정하여 고속 디지털 신호 전송 문제 해결하기 사례_part 2 

6Gbps로 전송 속도를 올리면 동작하지 않는 시스템의 문제를 해결하기 위해, 아이 다이어그램(EYE Diagram)을 측정하여 문제점 파악하고, TDR, S-parameter 측정으로 문제점을 찾아 개선을 하는 과정을 보여주는 디버깅 사례입니다.
Part 2: PCB/Connector의 S-parameter (Loss)를 측정하여, Loss 보상하기 (Pre-emphasis)

새로운 동영상은 페이지의 아래 부분에 있습니다

업로드: 2020년 12월 3일 

업로드: 2015년12월 16일 

업로드: 2020년 5월 14일 

업로드: 2016년12월 22일 

전송선로의 특성 임피던스 이론과 TDR 측정 실험

특성 임피던스 혹은 임피던스라 부르는 전송선로의 특성에 대해 알아보고, 전송선로 모형을 이용해 임피던스 값을 계산하고 측정하는 실험을 시연합니다. TDR 측정은 TeraBit Solutions에서 공급하는 독일 Sequid의 DTDR-65를 이용했습니다.

VIDEOS : Signal Integrity, High Speed Signal

 PCB의 임피던스 측정하기-쿠폰과 실제 보드의 선로 임피던스

PCB를 제작하고 난 후, 고속/고주파 전송용 PCB 신호선의 임피던스가 설계대로 제작되었는지 확인하기 위해 임피던스를 측정하게 되는데요, 쿠폰이라는 테스트용 보드를 만들어 간접적으로 측정하는 방법과 직접 실제 보드의 선로를 측정하는 방법이 있습니다.
이번 시간에는 그 두 방법에 대해 알아보고, 쿠폰과 실제 PCB에서 테스트하는 방법을 시연해  보도록 하겠습니다.

업로드: 2016년11월 16일 

EYE diagram(아이 다이어그램, EYE pattern) 측정하여 고속 디지털 신호 전송 문제 해결하기 사례_part 1 

6Gbps로 전송 속도를 올리면 동작하지 않는 시스템의 문제를 해결하기 위해, 아이 다이어그램(EYE Diagram)을 측정하여 문제점 파악하고, TDR, S-parameter 측정으로 문제점을 찾아 개선을 하는 과정을 보여주는 디버깅 사례입니다.
Part 1: EYE diagram 측정과 분석, TDR 측정과 분석으로 문제점 찾기

업로드: 2017년 11월 08일 

소형 커넥터의 고주파 특성 측정하기: 손실(Insertion Loss), 반사(Return Loss/VSWR), 임피던스(TDR Impedance) (Part 1/2)

고속/고주파 신호용 커넥터의 특성을 정확하게 측정하는 것은 쉽지 않은 일입니다. 특히 물리적/전기적 길이가 짧을수록 측정의 정확도가 중요해 집니다. 길이가 짧은 커넥터의 경우 삽입손실(Insertion Loss)은 매우 작을 수밖에 없습니다. 오히려 상대적으로 임피던스의 미스매칭으로 인한 반사의 영향이 더욱 커 보이게 됩니다. 이때 반사를 나타내는 반사손실(Return Loss)이나 정재파비(VSWR)를 정확하게 측정하는 것이 중요한데요, 5G용 초소형 커넥터를 실제로 측정하여 이러한 고주파 특성을 정확히 파악하는 것을 보여드립니다.
이때 필수적으로 필요한 것이 테스트시 사용된 픽스쳐의 제거(de-embedding)입니다. 이러한 정확한 측정을 가능하게 한 Fixture de-embedding의 최신 기술에 대해서도 알아봅니다. 2편으로 나누어서 올립니다.


Part1: 초소형 Board to Board 측정 개요

          네트워크 아날라이저와 Fixture를 이용한 측정 셋업

          De-embedding의 개념

S-Parameter, TDR, EYE Plot 그리기 - EM Simulator의 무료기능 활용

고속신호 경로를 분석하고 설계할 때 S-parameter의 활용이 많이지고 있습니다. S-parameter는 주로 터치스톤(Touchstone)이라는 포맷의 파일로 관리되고 공유되는데요, 오늘은 그 터치스톤 파일을 이용해 Loss(S-parameter)의 plot을 만들고, TDR/TDT로 변환해 임피던스와 펄스반응 특성을 보고, 가상의 신호소스를 이용해 EYE diagram을 평가해 보도록 하겠습니다. 또 몇 개의 S-parameter를 연결해 Channel을 구성한 후 위의 plotting을 할 수도 있습니다. 실습파트에서는 PCB/Package EM Simulation Tool인 Simbeor의 무료 Viewer 기능을 활용해 이 분석을 실행하는 방법을 보여드리겠습니다.

업로드: 2019년 12월 09일 

고속전송선로의 Ferrite Bead의 영향

고속으로 신호를 전송하는 선로에 DC 전원이나 DC Bias를 공급하기 위해 Ferrite Bead를 병렬로 연결하는 경우가 있습니다. 이때 Ferrite Bead의 고주파 Cutoff 특성이 전송되는 신호의 품질에 많은 영향을 줄 수 있는데요, 이번 시간에는 그 원인과 분석방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

케이블의 특성 임피던스 설계하기와 측정하기 

이번 동영상에서는 케이블, 특히 디지털 신호전송용 케이블의 특성 임피던스 설계와 측정을 시연합니다.
고속 신호를 전송하는 인터커넥터는 PCB, 커넥터, 그리고 케이블로 크게 나눌 수 있을 것입니다. 그 중에서 케이블은 가장 간단한 디퍼랜셜 형태인 UTP(Unshielded Twisted Pair)라고 하는 Balance시킨 한 쌍의 와이어를 기본으로 하여 쉴드를 추가함에 따라 STP, FTP, F/UTP등의 형태로 만들어집니다. 
Twisted Pair 형태의 케이블은 USB, Ethernet, SATA, HDMI 등 케이블을 통해 고속 데이터를 전송하는 거의 모든 인터페이스에 사용됩니다.
PCB나 커넥터와  마찬가지로 케이블 역시 고속신호를 잘 전송시키기 위한 첫번째 조건은 적절하게 콘트롤된 특성 임피던스입니다.
이번 동영상에서는, 
UTP의 특성임피던스 설계. 100옴 기준의 Ethernet Cable를 예제로 임피던스 설계를 해봅니다.
USB Cable의 특성임피던스를 TDR을 이용해 측정해 봅니다.

TDR 임피던스 측정용 Probe와 Probing System

TDR로 임피던스를 측정할 때, 특히 수백 um의 미세 간격의 Pad에 수동으로 프로브를 컨텍을 해야할 때 발생하는 문제점과 이에 따른 적합한 프로브에 대해 알아봅니다. 
그리고, 이런 미세 간격의 Pad에서의 TDR 측정은 시각적으로 테스트 포인트가 잘 보이지 않기 때문에 부정확한 측정이 되거나 과도한 힘을 주게 되어 프로브 자체에 데미지를 주는 경우가 있은데요, 이러한 어려움을 방지할 수 있는, 쉽고 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 주변장치에 대해 알아봅니다.

실제 PCB의 고속신호 선로의 S-parameter 측정과 Probe의 영향 제거하기(De-embedding)

실제 제작된 PCB에서 고속신호 선로의 정확한 S-parameter를 측정할 수 있다면, 현재 제품의 전송특성을 정확하게 알 수 있을 뿐 아니라, 시뮬레이션으로 확보한 모델의 정확도를 확인하는 중요한 작업을 할 수 있습니다. 그런데, 현실에서는 여러가지 제약으로 실제로 제작된 PCB의 고속신호 전송선로의 S-parameter를 측정하는 것은 매우 어렵거나 거의 불가능하다고 여겨지는 경우도 있습니다. 특히 프로브를 사용해서 실제 칩이나 커넥터가 연결될 패드에서 측정을 해야 하는 것이 어렵습니다.

Signal Integrity 분야 중 측정 부분에서 최근 많은 발전이 일어나고 있는 기술 중 하나가 디임베딩(De-embedding)입니다. 최신의 디임베딩 기술을 이용해 측정시 사용할 프로브의 S-parameter를 직접 추출할 수 있다면, 실제 PCB의 S-parameter를 측정하는 데 걸림돌이었던 중요한 문제가 해결될 수도 있습니다.

이 동영상에서는 아래와 같은 내용으로 최신의 디임베딩 기술을 활용하는 방법을 요약하여 설명드리도록 하겠습니다.


1. 실제 PCB의 고속신호 선로 측정시 Probe의 사용과 Calibration 문제

2. 대안으로서의 Differential Probe의 사용

3. Probe를 보상하기 위한 Probe의 S-parameter 사용 방법

4. Probe의 S-parameter를 직접 측정하여 얻는 방법

5. 측정 결과의 정확도 검증


PCB 선로의 임피던스 측정, 전기적 길이(Skew), 임피던스 불연속(Impedance discontinuity)

이번 동영상에서는 PCB의 선로를 TDR로 측정하여 파악할 수 있는 몇 가지 측정 예제를 보여드립니다. 싱글, 차동 임피던스의 측정과 차이점 몇 가지도 보실 수 있고, PCB선로의 길이 매칭 시 발생하는 길이의 불일치(Skew 발생) 문제, PCB 선로상에서 임피던스 불연속이 발생하는 경우도 보실 수 있습니다. 

High Speed Signal Design, Test and Analysis

Signal & Power Integrity in Real