로이엔텍 - Jitter - Part4. 오실로스코프를 이용한 Eye Diagram 분석 / 로데슈바르즈

안녕하세요! 오늘은 지터(Jitter)를 분석하는 방법 중에서 Eye Diagram 분석 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

​

앞의 블로그에서 설명드린 것처럼, 지터란 통신 시스템에서 전송된 데이터의 도착 시간이나 주기에 변동이 발생되어 통신 신호에 에러를 유발시키는 신호 또는 이벤트의 변동성이라고 소개드렸습니다. 지터를 분석하는 다양한 방법으로 클럭에 대한 Period, 데이터에 대한 TIE (Time Interval Error)와 같은 측정이 있고, 획득한 파형을 오버레이하여 표현하는 아이 다이어그램 등이 있습니다. 아이 다이어그램은 신호에 대한 무결성 테스트를 위한 아주 유용한 도구 중의 하나입니다.

​

Eye Diagram (아이 다이어그램) :

​

아이 다이어그램 측정 방법은 데이터 신호에서 중요한 파라미터를 측정하기 위해 사용할 수 있습니다. 이 다이어그램은 눈을 연상시키기 때문에 ‘Eye Diagram’이라는 이름이 붙여지게 되었습니다. 아이 다이어그램은 오실로스코프에 표시되는 유사한 ‘1’과 ‘0’ 데이터 비트를 겹쳐서 형성됩니다. 아이 다이어그램의 높이(Eye Height)와 너비(Eye Width)는 지연 시간과 비트 에러율, 노이즈와 지터의 형태로 신호 진폭과 측면 데이터의 평균을 구하는 데 사용할 수 있습니다. 눈을 뜨고 있는 형상이면 품질이 좋다는 의미입니다. 반면에 표시된 눈이 약간만 열려 있거나 심지어 닫혀 있으면 논리 ’1’ 신호와 ‘0’ 신호를 더 이상 구분할 수 없게 됩니다. 이와 같이 아이 다이어그램 측정은 디지털 전송 시스템과 구성 요소 및 전송 경로를 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 1. Eye Diagram

 

​

​

아이 다이어그램을 이용하여 신뢰할 수 있는 분석을 위해서는 많은 수의 데이터 비트가 필요하며, 이 데이터 비트가 중첩될 때 데이터 아이를 형성합니다. 데이터 스트림에서 개별 비트를 추출하여 올바르게 오버레이하여 표현하려면 비트 기반의 기준 클럭을 필요로 합니다.

​

HW-CDR Trigger :

​

로데슈바르즈는 기존에 소프트웨어적으로 처리되었던 클럭 데이터 복구(SW-CDR)에서 한 발 더 나아가 고성능 R&S RTP 오실로스코프에 하드웨어 기반의 클럭 데이터 ​​복구(HW-CDR)를 개발하여 적용하였습니다. 클럭 데이터 복구가 트리거 하드웨어에 직접 통합되어 소프트웨어 계산이 필요 없기 때문에 CDR에 걸리는 시간이 절약됩니다. 따라서 직렬 신호를 육안으로 분석할 수 있는 새로운 접근 방식을 제안하고 있습니다.

HW-CDR은 선택적으로 오실로스코프의 모든 입력 채널을 소스로 사용할 수 있으며, 최대 16 Gbps의 데이터 전송률을 지원합합니다.

트리거 소스로 HW-CDR을 사용하면 거의 실시간으로 신호의 아이 다이어그램을 분석할 수 있습니다. 이를 위해 오실로스코프는 짧은 신호 시퀀스를 획득하여 다이어그램에 즉시 표시합니다. 파형을 누적하는 퍼시스턴스를 무한대로 설정하면 아이 다이어그램이 빠르게 생성됩니다. RTP 오실로스코프는 초당 최대 400,000개 이상의 UI(Unit Interval)를 표현할 수 있고, 주변 컴포넌트의 크로스톡과 같은 산발적인 오류도 빠르고 안정적으로 감지할 수 있습니다. 마스크 테스트와 히스토그램을 함께 사용하더라도 파형 획득 속도가 크게 느려지지 않고 추가 분석이 가능합니다.

그림 2. SW-CDR Trigger

 

​

​

그림 3. HW-CDR Trigger

 

​

​

빠른 액세스부터 세부 분석까지 :

​

Real-time Eye Diagram

​

아이 다이어그램을 이용하면 다양한 시리얼 통신에 대한 상세한 분석이 가능합니다. 오실로스코프는 커서를 이용한 측정 외에도 다양한 아이 측정 기능을 제공합니다. 아이 마스크 테스트(Eye Mask Test)는 중요한 기능 중의 하나로 마스크 영역을 지나게 되는 파형은 마스크를 침해한 것으로 표시되기 때문에 데이터 전송 특성을 빠르고 쉽게 확인할 수 있습니다. R&S RTP는 다양한 고속 신호에 대한 표준 규격 마스크를 제공하며, 화면에서 직접 마스크의 위치를 지정하거나 마스크 대화 상자를 이용하여 통해 마스크를 빠르게 생성할 수도 있습니다. 아이 마스크를 정의함으로써 USB, PCI Express 와 같은 고속 버스 인터페이스와 같은 다양한 시리얼 통신 표준에 대한 신호 무결성을 검증할 수 있습니다.

또한, 지터와 노이즈의 분포를 히스토그램 기능을 이용하여 명확하게 표시할 수 있고, 지터와 노이즈 성분을 분리하는 옵션(R&S RTP-K134, Advanced jitter & Noise Analysis)을 사용하면 각 지터 컴포넌트를 세분화할 수도 있습니다.

​

아래 이미지와 같이, HW-CDR 트리거를 이용하여 빠르게 각각의 비트에 대한 파형을 획득하고 중첩하여 아이 다이어그램을 표현할 수 있습니다.

그림 4. Live Eye Diagram : 5 Gbps Data, CDR Trigger, 50 ps/div

 

​

​

Acquisition of bit stream and Overlay of HW-CDR sliced bits

​

실시간 신호의 아이 다이어그램(Real-time Eye Diagram) 이외에도 아이 다이어그램을 생성하는 또 하나의 방법으로, 긴 시간에 대한 파형을 획득한 후 데이터에 대한 아이 다이어그램과 마스크를 생성할 수 있습니다. 아이 마스크 테스트를 줌 기능과 함께 사용하면, 마스크 측정 결과표에서 마스크를 침해한 부분으로 확대된 파형을 이동하여 표시합니다. 아이 다이어그램은 비트가 변환되는 순간의 지터 성분을 비롯하여, 아이 다이어그램 중앙의 진폭을 통해 신호에 대한 노이즈를 보여줍니다.

​

아래 이미지와 같이, 5Gbps 신호를 200us 동안 획득(20us/div)하고, 각각의 비트를 중첩하여 표현할 수 있습니다.

그림 5. Advanced Eye Diagram : 5 Gbps Data, CDR Trigger, 20 us/div (Acquisition of 1,000,000 sequential bits)

 

​

​

R&S RTP 오실로스코프는 다양한 고속 신호에 대한 신호 무결성을 분석하기 위한 다양한 옵션을 제공합니다. 최대 16 Gbit/s의 데이터 속도를 지원하는 고급 아이 분석 옵션 RTP-K137(Advanced Eye Analysis)을 사용하면 통합된 HW-CDR 기능을 트리거로 사용할 수 있고, 이를 통해 빠른 아이 다이어그램을 위한 짧은 비트 시퀀스를 빠르게 획득할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 고속 신호 표준에 따른 긴 비트 시퀀스의 분석이 모두 가능합니다.

​

== 지터 관련 시리즈 게시물 ==

​

* Jitter - Part1. 지터(Jitter)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 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

 

출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223304554396

​

추가 문의사항은 아래 연락처로 문의주시면 신속하게 답변드리겠습니다.

T. 031-348-3953

Mail. ds3@roientec.co.kr