BERTScope® CRシリーズ

クロック・リカバリ・ユニット

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特長

  • 計測品質のクロック・リカバリ
  • PCIe 3.0、10GBASE-KR、16xFC、25/28G CEI、100GBASE-LR4/100GBASE-ER4などの次世代I/Oを含む、150Mbps~28.6Gbpsのデータ・レートに連続対応
  • 正確な可変ループ帯域:100kHz~12MHz、オプションでUSB 3.0、SATA 6G、PCIe 3.0の24MHz JTF(JitterTransfer Function)帯域
  • 正確で、調整および自己測定可能な表示PLLループ帯域、ピーキング、JTFなど、規格コンプライアンス・テストに必要な「Golden PLL」応答に対応
  • 一次、二次のロールオフ機能によるプログラマブル・ピーク調整
  • BERTScope表示に統合されるUSBコントロール・インタフェース、または付属のBERTScope PCソフトウェアによるスタンドアロンでの使用が可能
  • DCカップリングされたデータ・スルー・パスによる高いシグナル・インテグリティ
  • 選択可能な分周比によるフル/分周クロック出力。フルレート・クロック最高出力:14.3Gbps、ハーフレート・クロック出力:14.3~17.5Gbpsおよび28.6Gbps
  • 内蔵イコライザ機能により、高いISI入力条件でのクロック・リカバリが可能
  • データ測定機能
    • エッジ密度測定-被測定信号のマーク密度
    • dF/dtを含むSSC(Spread Spectrum Clock、スペクトラム拡散クロック)波形の表示
  • 広範囲な周波数偏移のSSCアプリケーションに最適
  • ジッタ成分のダイレクト・スペクトラム解析が可能
  • 「スペクトラム・アナライザ」表示とカーソルによるジッタの振幅/周波数測定
  • ユーザ定義の周波数ゲート測定により、帯域制限されたジッタ測定が可能
    • PCI Express Gen2ジッタ・スペクトラムのプリセット帯域制限
  • オプションでPCIe 2.5/5/8Gbps PLLループ帯域に対応(ジッタ解析オプションが必要)
  • CR175A型、CR286A型ではオプションで高感度データ入力と最小40mV振幅(シングルエンド)、20mV(差動)の信号をクロック・リカバリ(このオプションでは、DCカップリングのデータ・スルー・パス機能なし)

アプリケーション

  • 高速I/Oコンポーネント/システムの設計/検証
  • シグナル・インテグリティの解析
  • 業界規格のシリアル・データ・ストリームの適合性試験

規格に準拠したクロック・リカバリ

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BERTScope CRシリーズは、任意のサンプリング・オシロスコープ、BERT、パターン・ジェネレータに接続できる

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BERTScope CRシリーズはBERTScopeアナライザとシームレスに機能-2台をUSBケーブルで接続することでクロック・リカバリ・ユニットとBERTScopeアナライザを有効に利用可能。「To CR analysis」ソフト・キーを押すことでBERTScopeアナライザのディスプレイにグラフ表示が可能

多くの通信規格において、データ信号から抽出したリファレンス・クロックを使用してジッタ・テストを実行するように規定しています。一般的なPLL(Phase Lock Loop)特性は、リカバリ・ループの-3dB帯域、周波数応答のロールオフ・レート、応答ピーキングの程度によって規定されます。

BERTScope CRシリーズの優れたアーキテクチャにより、100kHz~12MHzのPLL周波数応答を自己測定し、表示します。これは、業界トップクラスのループ帯域です。ループ帯域、ピーキング/ダンピング、ロールオフなど、すべてのパラメータがコントロール可能な初のクロック・リカバリ・ユニットです。

設計/テスト・エンジニアは、定義されていない、または未知のデータ・レートの信号を検出し、ロックオンすることができます。エンジニアは、SSCを含む150Mbps~12.5Gbps、拡張データ・レート・オプションでは14.2Gbpsのデータ・レートの信号のフルレートのクロックをリカバリすることができます。さらに、可変ループ帯域、ピーキング/ダンピング、一次/二次のロールオフ、ジッタ・トラッキングの最適化など重要なパラメータ制御が可能です。

Golden PLL

多くのテスト規格では、Golden PLLの使用を規定しています。BERTScope CRシリーズの可変ループ帯域をコントロールすることで、抽出クロックに移るジッタをコントロールできます。ループ帯域を狭く設定すると、クロック信号から高周波ジッタが除去されます。ジッタの少ないクロックが必要な場合は、LBWの設定を狭くします。ループ帯域を広く設定すると、ジッタは抽出されたクロックに移り、被測定レシーバのCDRに似たクロック信号をエミュレートすることができます。それぞれの規格でクロック・リカバリに最適なLBWの設定があり、これをGolden PLLと呼んでいます。

シリアル・バス規格の電気仕様をテストするためのSSC抽出

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SSCは、シリアル・バス規格でますます重要になっている機能であり、トラックするのは難しいもののその効果はテストに表れます。BERTScope CRシリーズは最大5000ppmという広い周波数偏移によるSSCを正確にトラックする、優れたクロック・リカバリ・テスト・ソリューションです。BERTScopeCRシリーズは、Serial ATA、SAS、PCI Express、USBなどのアプリケーションで使用されるSSC信号からクロックが抽出できる、初のクロック・リカバリ・ユニットです。

SSCは低周波(30~33kHz)で変調され、3Gbpsのデータ信号に適用されると225UI (Unit Interval)の偏移になります。この周波数偏移は、オプションのケーブル・セットを使用したBERTScope CRシリーズ、BERTScopeアナライザで正確にトラックすることができます。このケーブル・セットは、BERTScopeアナライザでSSC信号を測定する場合に5nsの遅延となるように補正されており、ジッタの増加を避けることができます。

SSC信号は、BERTScope CRシリーズで測定できます。後部パネルには、ループ動作を観測するための出力ポイントがあります。帯域の低いリアルタイム・オシロスコープで観測すると、SSCの三角波特性は下の波形のように表示されます。上の波形は、データ入力とクロック・リカバリ出力間の位相差です。

SSC変調の観測と測定

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SSC変調器の過度のノイズはレシーバCDRのトラッキング問題の原因となることがあり、ビット・エラーの原因となる

BERTScope CRシリーズは、システムで生成されるSSCを観測、測定することができます。SSC変調波形の問題は、チャンネルまたはレシーバの能力以上のクロック・レート偏移となることがあります。レシーバのCDRは高速な変化をトラックできないため、速すぎるトランジションはビット・エラーの原因となります。逆に、長時間クロック・レートが変化しない変調では特定のスペクトラムにエネルギー・ピークが集中するため、SSCによって減少すべきEMI(Electro-MagneticInterference、電磁妨害)が発生します。

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きれいなSSC変調例

SSC波形ではSSC変調の校正されたプロットが確認できるため、変調問題の有無をただちに確認することができます。垂直軸はキャリアの偏差であり、周波数偏差(PPM)または時間(ps)が選択できます。

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dF/dt波形による貧弱な性能

適切でない偏差レートによるトラッキング問題、EMI問題を避けるため、新しいシリアル・データ規格ではSSCキャリア周波数変化の最小/最大レートを規定しているものもあります。BERTScope CRシリーズは、dF/dt関数を直接表示することができ、最小/最大ピークのパラメータを測定することができます。

ユーザ・インタフェース

クロック・リカバリ・ユニットは、BERTScopeから、または単独で操作することができます。熟練ユーザでも初心者ユーザでも、BERTScopeアナライザの容易な操作性、優れた測定確度が得られます。クロック・リカバリ・ユニットはBERTScopeと親和性があり、アナライザとスムーズに統合でき、共通のユーザ・インタフェースをシームレスに共有することができます。1本のUSB接続、付属の高品質RF同軸ケーブルで2台を接続するだけで測定を始めることができます。BERTScopeはクロック・リカバリ・ユニットを自動的に検出し、機器の制御はClock Recoveryセットアップ画面から実行することができます。同じ情報は前面パネルのディスプレイにも表示され、PLL帯域、ロック・ステータス、ビット・レート、ピーキング、ロールオフなどのパラメータが表示されます。テスト条件が常にわかるように設計されており、測定結果に影響するような要素が常に表示されます。

BERTScopeアナライザのグラフ機能により、設定値によるループ応答、逆応答曲線をプロットすることができます。-3dBポイントやピーキングの値も測定され、はっきりと表示することができます。

実験室に既存のテスト機器がある場合、付属のBERTScopePCスタンドアロン・ソフトウェアを実行することで、同じコントロール画面をPC上に表示することかできます。PCとのインタフェースは、標準のUSBポートからとります。機器は、前面パネルのディスプレイ、操作ノブで直接操作することもできます。BERTScopeファミリは操作性の優れたシグナル・インテグリティ・ツールであり、クロック・リカバリ・ユニットも必要な情報をはっきりと表示します。プルダウン・メニューから規格を選択すると必要な特性が自動的に設定されるので、適合性の検証も簡単です。設計限界を確認する場合は、パラメータを自由に設定することもできます。このよい例が、ジッタの制限が重要になるシステムの場合です。この場合、クロック・リカバリは重要な役割を果たし、大きなピークのクロック・リカバリ・ソースがエミュレートできるため、ジッタ・ゲインに対するシステム感度の理解に役立ちます。どのクロック・リカバリ機種もジッタ・ピークを可変できるため、単純な適合性だけでなく、10dBを超えるジッタ・ゲインも可能になります。

BERTScopeアナライザのUSBを経由することで、簡単に機器をリモート制御することができます。TCP/IPおよびGPIBのプロトコル・インタフェースは、USBおよびソフトウェア・デベロッパーズ・キットでサポートされています。

データ/リカバリ・クロック・パス遅延マッチングの重要性

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クロック・リカバリのループ帯域対データ・レート-BERTScope CRシリーズの可変ループ帯域は100kHz~12MHz。緑の領域で動作する場合にループ帯域は校正される

SSC変調のクロック、あるいは大きな周期ジッタを含んだクロックをリカバリする場合、BERTScope CRシリーズとテスト機器間のデータ信号とリカバリ・クロックの遅延パスを正確に合わせることが重要になります。機器のクロック・エッジまたはトリガ入力と、機器が実際にデータをサンプルする瞬間におけるトリガ・レイテンシにおいて、データ・パスには遅延が加わります。マッチングをとらないと、高速のデータ・レートではこの遅延は数百あるいは数千UI(ユニット・インターバル)にもなります。これは、マスクにおけるアイ・タイミング・マージンの減少、大きなビット・エラー・レート、大きなジッタ測定値となって表れます。

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オプションのケーブル・セット

BERTScope CRシリーズとBERTScopeアナライザを使用する場合、精密マッチング・ケーブル・セットを使用することでこの問題を解決することができます。このケーブル・セットは高品質、低損失のケーブルであり、BERTScopeで使用する場合の位相、遅延の差が同じになるように組み合わされています。CRデータ入力用の位相マッチング・ケーブル・ペア、CRとBERTScopeのエラー検出入力間のデータ信号用の位相/遅延マッチング・ケーブル・ペア、およびCRクロック出力とBERTScopeクロック入力を接続するための遅延マッチング・ケーブルで構成されています。

ジッタ・スペクトラム表示

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ジッタ・スペクトラム表示

Opt. 12GJ、17GJ、28GJを装備したBERTScope CRシリーズは、BERTScope CRシリーズのすべてのクロック・リカバリ機能と強力なジッタ測定/解析ツールであるジッタ・スペクトラム表示機能を装備しています。ジッタ・スペクトラム表示では、周波数に対するジッタ振幅をグラフ表示します。被測定デバイスのジッタ成分を定量化し、分離する、強力なツールです。相関性のないクロック、スイッチング電源の周波数ピーク、データと相関性のない周期性ジッタが、スペクトラム・アナライザの表示のようにはっきりと表示されます。垂直軸は% UIまたは時間が選択できます。リニアまたはログのスケールを選択することもできます。

周波数ゲート測定

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周波数ゲート測定

シリアル・データ・レシーバのクロック・リカバリのプロセスでは低周波数成分にトラックするため、高周波成分に比べて低周波ジッタ成分の感度が高くありません。異なる周波数成分で感度が変化することは、第二世代のPCI Expressなど、さまざまなシリアル・データ規格のコンプライアンス・テストで考慮されています。したがって、さまざまな周波数バンドでトランスミッタから送信されるジッタ成分の振幅を測定できることは、システム検証において重要になります。BERTScope CRシリーズには、バンド選択統合ジッタ測定機能があります。ジッタ測定が統合される周波数バンドの下限と上限を設定すると、このバンドにおけるトータル統合ジッタがリアルタイムに表示されます。同時に3種類までの周波数バンドを設定することができます。

ジッタ・ソースの分離

データと相関性のない周期性ジッタ成分は、システム・クロック、相関性のないデータ・ラインからのクロストーク、電源リップル・パターンに依存したジッタなどが結合されて発生することがあります。これは、鋭い周波数ピークとなって表示されます。カーソル測定することで、疑わしいピークの周波数をすばやく検出することができます。

デューティ・サイクル依存ジッタ測定

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DCDデータ・パターン

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DCDジッタ測定

ジッタ成分は、データ・パターンに関係することがあります。デューティ・サイクル依存ジッタ(DCD)は、データ・パターンの連続したビットが等しい長さでないときに発生します。これは、1と0の期間が異なっていたり、サブレート・レート・クロックを使用したりする場合に発生することがあります。例えば、ハーフレート・クロックは、2つの連続したビットの二番目のクロックの立上りエッジの遅延バージョンを使用します。遅延が公称のユニット・インターバル(ビット長)と異なる場合、すべての2つのビットはロング・ビットとそれに続くショート・ビットのシーケンスになります。BERTScopeCRシリーズは入力データ・ストリームのDCDを直接測定し、前面パネルにUIのパーセントとして結果をレポートします。

ジッタ解析の強力なツール

シリアル・データ信号のトータル・ジッタ測定は、システムの精度を予測する上で重要な情報となります。しかし、ジッタの数値は、ジッタのすべての情報を表しているわけではありません。この情報は、さまざまなジッタ成分によるレシーバの感受性がわかり、発生源を特定するのに役立ちます。BERTScope CRシリーズは、強力なジッタ解析機能を備えています。

100Gb Ethernet、OIF-CEI 28Gのコンプライアント・クロック・リカバリ

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BERTScope CR286A型は、25.78125Gbpsのライン・レートで動作する100Gb Ethernet(100GbE)などの最新のハイスピード規格をサポートするように設計されています。CR286A型は、最高データ・レート28.6GbpsでOIF-CEI28Gをサポートします。CR125A型のすべての機能を装備し、さらに26、28Gbpsのロック・レンジ機能を拡張しています。

低振幅信号用のBERTScope CRシリーズ高感度モデル

CR175A型、CR286A型のOpt. HSは、CRシリーズ共通の機能に、40mV(シングルエンド)または20mV(差動)の微小信号アプリケーションのための高入力感度機能を追加します。これは、パワー・タップオフを取り除くことで全感度レンジの利用を可能にしています。Opt. HSは、微小振幅信号の用途、または高感度が重要な電気テスト・セットアップなどのアプリケーションに適しています。また、パワー・デバイダなどのRFコンポーネントを、外部でユーザ選択することも可能にします。

閉じたアイ信号からのクロックのリカバリ

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BERTScope CRシリーズは、10Gbps PRBS-31データ・パターン、180cmのISIボード配線のような厳しい条件でもクロックを抽出することができる。これは、25.78Gbpsではより重要となる

BERTScope CRファミリはイコライゼーション機能を内蔵しているため、データ入力信号のアイが完全に閉じてしまうような周波数依存の損失条件であってもクロックを抽出することができます。25.78125Gbpsの100GbEレートなどの高速ビット・レートでは、10Gbpsでは大きな脅威となったシンボル間干渉が、部分的に開いて1になります。BERTScope CRシリーズは、内蔵のリニア・イコライゼーションによりループ帯域とピーク条件をそのままにしてクロックを抽出することができます。これにより、BERTScopeやテクトロニクスのオシロスコープなどを簡単にトリガしつつ、ハイスピード規格で必要となるGolden PLL要件に準拠することができます。データ信号のスルー・パスは、クロック・リカバリのイコライゼーションには影響されません。

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ゲイン対イコライザ設定-15、25Gbpsの入力データ・レートにおけるCRのイコライザ・ゲイン(dB)とイコライザ設定を示している。25Gbpsの入力データ・レートの最も高いイコライザ設定では20dB以上のリニア・イコライザが入力に適用され、通常ではロックできないようなクロック・リカバリが可能になります。イコライザは、CRの全データ・レート・レンジで機能します。

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