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안녕하세요! 이번 블로그에서는 고속 디지털 신호의 진폭을 조정하여 정보를 전달하는 방법인 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 신호의 채널 잡음, 왜곡 및 타이밍 문제를 시각적으로 확인할 수 있는 Eye Diagram 분석 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.
이전 블로그 "Jitter - Part4."에서 설명드린 것처럼, 아이 다이어그램(Eye Diagram)은 통신 시스템에서 신호 품질을 분석하기 위해 널리 사용되는 그래픽적 도구로, 획득한 파형을 오버레이하여 표현하여 데이터 통신 신호의 지연 시간, 비트 에러율, 노이즈, 지터와 같이 신호에 대한 무결성 테스트를 측정하는 아주 유용한 도구 중의 하나입니다.
* Jitter - Part4. 오실로스코프를 이용한 Eye Diagram 분석
1. PAM(Pulse Amplitude Modulation)
PAM(Pulse Amplitude Modulation)은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 방식 중 하나로, 각 심볼의 크기를 (즉, 진폭을) 디지털 데이터의 비트 값에 맞춰 설정하는 방법입니다. PAM은 주로 직렬 데이터 통신에서 사용되며, 특히 고속 데이터 전송에 유리하지만, 여러 전압 레벨 신호 전송에 따른 잡음과 간섭에 취약할 수 있으며, 이를 개선하기 위한 다양한 노력이 필요합니다.
2. PAM 신호의 Eye Diagram 분석을 통한 기대효과
Eye Diagram 분석은 PAM 신호의 품질 평가를 위한 하나의 방법으로, 아래와 같은 효과를 기대할 수 있습니다.
- 신호 품질 평가 및 최적화
Eye Diagram에서 가장 중요한 요소는 "Eye Opening"입니다. Eye Opening은 신호의 전송 간에 열린 영역을 의미하며, 이 영역이 넓을수록 신호가 명확하게 구분되고 오류를 발생시킬 확률이 낮습니다. PAM 신호에서 각 진폭 수준이 명확히 구분되며, 심볼 간의 간격이 충분히 넓은 경우 Eye Opening이 커지게 됩니다. Eye Opening이 넓을수록 신호의 품질이 좋고, 이는 데이터 전송의 오류를 최소화할 수 있음을 의미합니다.
- 잡음과 간섭 식별
PAM 신호는 여러 진폭 레벨을 사용하기 때문에, 채널의 잡음이나 간섭에 의해 신호의 Eye Opening을 축소시키고, 진폭 간 경계를 흐리게 만들어 신호의 구분이 어려워지게 만듭니다. Eye Diagram을 분석하면 신호에 포함된 잡음이나 간섭을 쉽게 식별할 수 있습니다
- 타이밍 에러 및 Jitter 분석
Jitter는 신호의 전송 타이밍이 불규칙하게 변동하는 현상으로, 타이밍 에러가 발생하면 심볼 간의 경계가 정확하지 않게 되어 데이터 오류가 발생할 확률이 높아집니다. Eye Diagram을 통해 타이밍 에러를 파악하고, 이를 개선하기 위한 방법을 적용할 수 있습니다.
- 멀티 레벨 PAM 신호 분석
PAM 신호는 심볼에 여러 진폭 레벨을 사용하여 데이터를 전송하므로, Eye Diagram을 통해 각 레벨 간의 구분을 명확히 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 4-레벨 PAM(PAM-4)에서는 4개의 진폭 값을 사용하여 00, 01, 10, 11과 같이 2비트씩 정보를 전달하는데, Eye Diagram을 통해 각 진폭 레벨이 정확하게 구분되고 있는지, 레벨 간의 간섭이 없는지를 확인할 수 있습니다. 이 과정에서 발생하는 문제를 분석하고 개선하여, 멀티 레벨 PAM 방식의 데이터 전송 성능을 극대화할 수 있습니다.
3. Eye Diagram을 통한 PAM 신호 분석
예를 들어, 4-레벨 PAM (PAM-4) 신호를 분석한다고 가정해 보겠습니다. PAM-4는 4개의 서로 다른 진폭 값을 사용하여 2비트 정보를 전달합니다. Eye Diagram을 그리면, 4개의 서로 다른 진폭 값이 나타날 것입니다. 이때 각 진폭 값이 명확하게 구분되며, 심볼 간의 간격이 충분히 넓어야 오류가 적고 신호 품질이 우수하다고 할 수 있습니다. Eye Diagram에서 각 진폭 값 사이에 겹침이 보인다면, 이는 신호 간섭이나 잡음이 많다는 신호일 수 있으며, 시스템 설계를 개선해야 할 필요성이 있음을 의미합니다. 또한, 타이밍 에러가 발생하면 심볼 간의 간격이 불규칙하게 나타나게 되어, 오류 발생 확률이 증가합니다.
Eye Diagram은 PAM 신호의 품질을 평가하는 중요한 도구로, 개방 폭, 타이밍, 잡음, 왜곡 등을 확인하여 PAM 신호의 성능을 분석하고, 필요한 개선점을 찾아내어 통신 시스템의 효율성을 높일 수 있습니다.
4. PAM-N Analisys 분석 옵션 : RTP-K135
R&S RTP 오실로스코프의 PAM-N 분석 옵션 RTP-K135 (PAM-N Analysis)은 최대 8개의 신호 레벨 (PAM-8 Order)에 대한 Eye Diagram 분석이 가능합니다. Eye Diagram에 포함된 모든 레벨에 대한 Eye (Whole Eye)를 비롯하여, 특정 레벨 간의 Eye (Specific Eye, Selected Eye)에 대한 Eye Width, Eye Height 측정과 Mask 분석이 가능합니다.
또한, 각각의 신호 전압 레벨에 대한 Rise time, Fall time, Amplitude, Slew rate 등과 같은 파라미터를 각각 분리하여 측정할 수 있습니다.
이상과 같이 PAM 신호에 대한 Eye Diagram 분석에 대해 알아보았습니다.
그 외, 다양한 지터 측정 방법에 대해서는 다음 블로그를 참고하시길 바랍니다.
== 지터 관련 시리즈 게시물 ==
* Jitter - Part1. 지터(Jittter)와 지터 측정을 위한 계측장비
* Jitter - Part2. 오실로스코프를 이용한 클럭 지터 분석
* Jitter - Part3. 오실로스코프를 이용한 데이터 지터 분석
* Jitter - Part4. 오실로스코프를 이용한 Eye Diagram 분석
* Jitter - Part5. PAM 신호에 대한 Eye Diagram 분석
작성자 : 로데슈바르즈 코리아 기술지원팀
출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223703752235
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