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Diseño de Hardware de Alta Velocidad (Powerpoint) (página 2)




Enviado por Pablo Turmero



Partes: 1, 2, 3

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Análisis de Datos Serie
Muchas tecnologías requieren conformidad con estándares de “diagrama de ojo” o Máscaras Serie
Captura de paquetes de datos relevantes medioante disparo de patrón serie (ST)
Recuperación de Reloj (CR)

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18
Búsqueda de Eventos en Datos Serie
Disparo de Patron Serie

Depuración más simple

Permite el aislamiento de fallos dependientes de los datos en un único disparo durante pruebas de funcionamiento y conformidad

Es preciso en la actualidad

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Diagramas Ojo – Calidad Transmisión
Revela las características
combinadas del emisor
Tiempos de Subida y Bajada
Overshoot, Undershoot y
Ringing (Ringback)
Ciclo de Trabajo (Duty Cycle)
Jitter y Ruido

Una apertura mayor indica una mayor tolerancia a ruido y jitter
Una apertura mayor indica mejor sensibilidad del receptor
Una gran anchura de la traza y las transiciones indica un degradación de la sensibilidad del receptor
La apertura del ojo se correlaciona con el Jitter y el BER (JIT3)
(Gp:) Jitter
(Gp:) Ruido

Apertura Ojo

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Respuesta del Receptor de Referencia Optico H(?)
(Gp:) Optical Reference
Receiver (ORR)
(Gp:) EO
(Gp:) OI
(Gp:) H(?)
(Gp:) O/E
converter
(Gp:) Filter

Gráfico que muestra la respuesta real de un filtro de Bessel-Thomson de 4º orden y la tolerancia admitida por los estándares SDH/SONET para STM-16/OC-48 @ 2.488Gb/s.

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Diagramas Ojo / Máscaras en los TDS R-T
(Gp:) 100 kb/s
(Gp:) 10 Gb/s
(Gp:) 10 Mb/s
(Gp:) 1 Mb/s
(Gp:) 1 Gb/s
(Gp:) Estándares Com.
(rangos medio y bajo)
(Gp:) 100 Mb/s
(Gp:) DS1
(Gp:) DS2
(Gp:) OC-1 (STS-1)STM-0 (STM-0E)
(Gp:) OC-3 (STS-3)
STM-1 (STM-1E)
(Gp:) OC-12 / STM-4
(Gp:) E2
(Gp:) DS3
(Gp:) E3
(Gp:) E1
(Gp:) OC-48 / STM-16
(Gp:) E4
(Gp:) DS4
(Gp:) Estándares Datos
(alta velocidad)
(Gp:) FC1063
(Gp:) FC531
(Gp:) FC266
(Gp:) FC133
(Gp:) Gigabit
Ethernet
(Gp:) InfiniBand
(Gp:) FC2125
(Gp:) IEEE1394b
(S1600B)
(Gp:) IEEE1394b
(S800B)
(Gp:) IEEE1394b
(S400B)
(Gp:) USB1.1
(Gp:) USB2.0
(Gp:) Ethernet
(Gp:) Serial ATA
(Gp:)

(Gp:) (hasta 3.2 Gb/s hoy y mayores en el futuro)

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Retos de la Conexión (Probing)
Señales de alta velocidad
Datos y reloj diferenciales
Conectores
Componentes de alta densidad
Efectos inductivos
Conexiónes a tierra
Carga de las sondas
Espacio disponible
Densidad

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Carga de una Sonda, Modelo Simplificado
Carga Creciente
(Gp:) Frecuencia de la Señal (Hz)
(Gp:) Impedancia
Entrada (?)
(Gp:) 100M
(Gp:) 10M
(Gp:) 1M
(Gp:) 100k
(Gp:) 10k
(Gp:) 1k
(Gp:) 100
(Gp:) 10
(Gp:) 1
(Gp:) 100
(Gp:) 1k
(Gp:) 10k
(Gp:) 100k
(Gp:) 1M
(Gp:) 10M
(Gp:) 100M
(Gp:) 1G
(Gp:) 10G
(Gp:) Z00.15 pF/500 ?
(Gp:) Activa1.0 pF/1 M?
(Gp:) 1X Pasiva100 pF/1 M?
(Gp:) 10X Pasiva10 pF/10 M?
(Gp:) 10X pasiva: la carga llega a 159?@100MHz

(Gp:) >1GHz

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Modelo Preciso
Sonda Activa más Rápida Existente
Sonda Activa referida a tierra P7260 con interfaz TekConnect

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Sondas – Carga
Nueva Sonda FET P7260
6 GHz BW Total del Sistema
¡Cinput<0.5 pF!
¡Rango Dinámico 6 Vp-p!
Rinput 20 KW
Tiempo de Subida (TDS6604)
75ps (10-90% Tr)
55ps (20-80% Tr)
Requerido para circuitos con Tr de 200ps

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Low Voltage Differential Signaling (LVDS)
Estándares LVDS (ANSI/TIA/EIA-644 e IEEE 1596.3)
Alta velocidad >1 Gb/s, bajos consumo y ruido
InfiniBand: 2.5Gb, nivel diferencial > 175mV, transporte de reloj
Sonda Dif. P7330
3.5 GHz
0.5 pF C
LVDS

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Modelo Preciso
Sonda Activa Diferencial más Rápida Existente
Sonda Activa Diferencial P7330 con interfaz TekConnect

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Separación Rj / Dj – requerido por los últimos estándares
Jitter Aleatorio (Rj) RMS
ilimitado, Gausiano

Jitter Determinístico (Dj) Pk-Pk
Jitter Periódico (Pj)
Distorsión Ciclo de Trabajo (DCD)
Interferencia Intersimbólica (ISI) o Jitter Dependiente de Datos (DDj)
Jitter Total (Tj)
Tj = DjPk-Pk + RjRMS x N
(N = 14 para 7 sigma, BER de 10-12)

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29
Los Componentes
Medida del Jitter Determinístico (Dj) como las variaciones pico a pico de las posiciones temporales ideales
Fuentes posibles
Insuficiente ancho de banda de la conexión al transmisor óptico (acoplado en AC)
Sobreexcitación del laser (corte o saturación) induciento tiempos de recuperación largos
Ruido interno (relojes, diafonía)

Mediad del Jitter Aleatorio (Rj) como la desviación estándar (RMS)
Fuentes posibles
PLL en la fuente de los datos
Ruido en la polarización del Laser o en la regeneración temporal de la fuente de los datos
Ruido inducido externamente (ambiental)

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“Delta Time Accuracy” (DTA)
Ejemplo: Para un TDS6604 de 20GS/s con un cristal de 2.5ppm, midiendo un reloj de 400MHz (periodo de 2.5ns)
DTA = (0.06 / SR) + (estabilidad cristal X medida)
= (0.06 / 20GS/s) + (2.5ppm X 2.5ns)
o (0.06 X 50ps) + (2.5ppm X 2.5ns)
= 3ps + 0.00625ps Obsérvese la pequeña contribución de la inestabilidad del cristal en el error total
TDS6604 DTA ~ Especificación 3 ps (1.5 ps típica) – ésta es la precisión (no la resolución)

Es el método para especificar la precisión temporal según la IEEE1057

Inluye los efectos de la precisión del intervalo de muestreo y la base de timepos, los error de cuantización e interpolación, el ruido del amplificador y el jitter del reloj de muestreo

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Método en Tiempo Real del TDSJIT3
Método para Separación Rj / Dj y Estimación BER
Basadao en datos capturados en tiempo real
Incluye medidas TIE mediante “Golden PLL”
Descomposición de Jitter con Análisis Espectral
Ancho margen de ruido – trabaja con un nivel de ruido alto
Funciona con secuencias de datos cortas o largas- no se precisan detalles sólo velocidad de datos y longitud de la secuencia
Disparo en un punto aleatorio de la secuencia

Resultados: Rj, Dj, Pj, DCD, ISI, BER
TDS-JIT3: para TDS5000, CSA/TDS7000, TDS6604

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Apertura del Ojo y Estimación del BER
La “Apertura del Ojo" se define como la región entre transiciones de datos para la cual la tasa de error no sobrepasa el BER especificado o máximo.

Se reduce por el jitter

Con separación Rj / Dj, las medidas de jitter se pueden usar para calcular y representar el VER a viversos niveles vs la apertura de ojo estimada (también conocida como curva de la bañera).

Los Osciloscopios R-T Tektronix + el software JIT3 proporciona una excelente aproximación (buena correlación) con BERT
Ejemplo: Fibre Channel @ 1.0625 Gb/s
Apertura Ojo = 57% del UI para BER = 10-12
(Gp:) -0.5
(Gp:) 0
(Gp:) 0.5
(Gp:) 1
(Gp:) 1.5
(Gp:) 10
(Gp:) -15
(Gp:) 10
(Gp:) -10
(Gp:) 10
(Gp:) -5
(Gp:) 10
(Gp:) 0
(Gp:) Bathtub curve
(Gp:) Eye Opening = 0.57UI
(Gp:) BER = 10-12
(Gp:) 100% Errors
(Gp:) Error Rates
(Gp:) Eye Opening (UI)

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Estimación del BER (Bit Error Rate)
Empieza con
TIE
PLL TIE

Realiza la FFT
Determina frecuencia y velocidad del patrón
Suma componentes relacionados con el patrón
Suma componente no correlacionados
Mide RMS de los componentes restantes
Estimación BER

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Windows / Conectividad y Análisis
Conectividad y Análisis
PRESTACIONES
INTEGRIDAD
ACELERACION
(Gp:) Vnetajas del Entorno PC
(Gp:) Impresoras y almacenamiento en red
Recursos de Internet (p.e. email)
Soporte de múltiples pantallas

(Gp:) Infrastructura Software
(Gp:) TekVISA
Controles ActiveX
Excel toolbar

(Gp:) Integración PCs Externos y Ordenadores no-Windows
(Gp:) LabVIEW y Lab Windows (PNP)
Aplicaciones UNIX y otros recursos LAN (VXI-11)

(Gp:) API para Windows y UNIX
(Gp:) C, C++, Visual Basic, MATLAB y otros
Medidas y análisis definidos por el usuario

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Fases de Depuración
Comprobación HW Inicial
Depuración “Kernel” y mP
Integración HW & SW
Optimización
Análisis Paramétrico
(Gp:) DMM
(Gp:) Herramientas
de Depuración
(Gp:) Osciloscopio Real-Time / DPO
(Gp:) Analizador Lógico
(Gp:) Depurador/Emulador Software
(Gp:) Editor/Compilador/Linker/Loader

Depuración de Hardware Herramientas y Fases de la Depuración Digital
Pruebas de Conformidad de Señales Elect / Opticas
Análisis Jitter
Márgenes Temporales
Integridad Señal
Depuración Prototipos

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Máxima fidelidad de la señal para la resolución de los problemas de Integridad de Señal
Adquisición y correlación analógica y digital para una depuración sensible al “contexto”
Medidas en la capa física
Medidas de jitter de la mayor precisión
Test de conformidad de acuerdo con máscaras de comunicación
Visibilidad del hardware y del software
Soluciones de Diseño Digital
CONEXIÓN
ADQUISICIÓN
VISIBILIDAD
ANALISIS

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37
Señales Fieles + Mínima Intrusión
Medida simultáneas Analogico + Digital – mediante una sonda única
Elimina uso multiples sondas y carga adicional sobre el circuito
Multiplexor programable de 4 canales
Fidelidad de la Señal
Sonas activas
Capacidad total: 0.7 pF
Medidas referidas a tierra
Medidas Diferenciales
Sin extensiones de las sondas que degraden las señales

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Multiplexor Analógico (2 GHz BW)
Conexión analógica/digital simultánea
Ancho de banda analógico de 2 GHz en todos los canales
Cualquiera de los 136 canales se pueden multiplexar a los 4 BNC de salida
Las salidas están siempre activas
(Gp:) Trigger
State
Machine
(Gp:) 4 ch
(Gp:) CH 1
(Gp:) CH 2
(Gp:) CH 3
(Gp:) CH 4
(Gp:) DSO
(Gp:) LA
(Gp:) Analog In
(Gp:) CH 1
(Gp:) CH 2
(Gp:) CH 3
(Gp:) CH 4
(Gp:) Analog Out
(Gp:) 2 GHzAnalogMux
(Gp:) 34 ch
(Gp:) 34 ch
(Gp:) 34 ch
(Gp:) 34 ch

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Glitches causados por la Diafonía
Algunos glitches en sistemas digitales pueden ser causados por acoplamiento capacitivo entre pistas o diafonía entre líneas de señal.
Glitches causados por una pista del PCD adyancente
Una transición en una pista del PCB (A2) causa un Glitch en otra pista (A3)
La captura simultánea analógica y digital permite una rápida identificación del problema
A3
A2
(Gp:) Xtalk

Vista Analógica + Vista Digital

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Glitches Metaestables
Tiempo de setup
La señal a la entrada ha de estar estable antes del flanco del reloj

Tiempo de hold
La señal a la entrada ha de estar estable después del flanco del reloj
(Gp:) Clock Input
(Gp:) t
(Gp:) hold
(Gp:) t
(Gp:) setup
(Gp:) D Input

Input
Clock
Violación de los Tiempos de Setup/Hold de un Dispositivo

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