チュートリアル

メディアの時定数をパラメータとしてパターン依存による波形歪の発生とアイパターンへ影響を検証することができます。

パターン依存の発生メカニズムを周波数軸で解説しています。メディアの帯域に対する信号速度の変化によるアイパターンへ影響を検証することができます。

実際のインターコネクトでは、減衰が生じるので、信号の品質劣化が起こります。この品質劣化の程度は、インターコネクトの長さが長いほど、あるいは信号の速度が速いほど顕著になります。このスライドでは、インターコネクトによる信号品質の劣化(ISI:符号間干渉）についての理解を深めます。

信号が高速になると、プリント基板やケーブルなどのインターコネクトによる減衰を受けて信号品質が劣化します。高周波ほど減衰量が大きくなり、右図のようにNRA信号では、0101パターンのほうが11110000パターンよりも大きな減衰を受けます。この結果アイパターンのアイの開口が不十分になってしまいます。このアニメーションでは、この減衰によって生じる信号劣化のメカニズムの理解を深めます。

インターコネクトによって、信号レベルが減衰しますが、送信側で、予想される信号の減衰を予め補正して信号を送り出すことができます。その手法の一つがデエンファシスと呼ばれるものです。このスライドでは、デエンファシスの効果について理解を深めることができます。

インターコネクトによる信号品質の劣化は、高周波成分ほど顕著になります。イコライザでは、この減衰量を補うようにブーストが行われます。このスライドでは、イコライザの効果についての理解を深めます。

（このアプリケーションは、EXEファイルをPCにダウンロードして閲覧します。 ）

このアプリケーションでは、多重反射や共振などプリント基板上の信号の振る舞いをアニメーションで示し、理解を深めることができます。

• PCBのパラメータ（インピーダンスと伝達遅延時間）をメニューで設定すると、設定されたパラメータの値に従ったPCBのトレース・パターンを擬似的にグラフィカルに示します。
• PCBパターン上の電圧の分布の変化を動画で示し、入射波や反射波の動きをダイナミックに表現します。
• 信号源波形（ステップ、孤立パルス、クロック、正弦波）を選んで、信号の振る舞いを多角的に検証できます。
• 近端の反射波形（TDR)と遠端の伝送波形（TDT)を動画として示します。
• PCBのパラメータは、ファイルに保存し、あるいはファイルから読み込むことができます。
  

USB2.0ではデータを送り出すごとに、受信側からの応答を確認して転送しますが、それだけ時間がかかります。一方、USB3.0では、まとめてデータを送り出し、まとめて応答を確認するバースト転送方式が使えるので高速に転送できます。 このアニメーションでは、USB2.0とUSB3.0のデータ転送の様子を比較することでバースト転送方式の理解を深めます。

USB3.0のスーパースピードは、5Gbpsと高速になっただけではなく、従来のUSB2.0では、 上りと下りを切り替えて1本の信号線で通信する半二重方式を、上りと下りを独立して通 信する全二重方式にしているため、信号の流れが大きく異なっています。このアニメー ションでは、スーパースピードの信号の流れをUSB2.0と比較することで理解を深めます 。

USB2.0では、データはあらかじめ決められた順番で行われます。もしも、あるデータの 準備が戸となわないと、それ以降のデータの転送も待機となります。一方、USB3.0では 、準備ができたデータから送り出すストリーミング転送ができるので、無駄に待機する 必要がない分、スムーズな転送ができます。このアニメーションでは、USB3.0のストリ ーミング転送の理解を深めます。

USB2.0では、ホストからのコマンドは全てのデバイスに送るブロードキャスト方式を採 用しています。一方、USB3.0では、対象のデバイスへの経路をルート・ストリングで指 定して、そのデバイスだけにコマンドを送るユニキャスト方式を採用しています。この アニメーションではUSB2.0とUSB3.0のコマンドの流れを比較することでユニキャスト方 式の理解を深めます。

USBでは、USBメモリのように最短距離で接続するものや、ケーブルで接続するUSBドライブなどの周辺機器などがあり、しかもケーブルの長さも様々です。
USB3.0では、接続する機器によって異なるインターコネクトの減衰に応じてイコライザの補償の量を調整して信号品質の最適化をはかる仕組みが備わっています。
このアニメーションでは、異なるケーブルの長さに応じて信号品質を最適化する様子を示し、適応型イコライザの動きに対する理解を深めます。

USB3.0では、伝送速度が5Gbpsになるため、インターコネクトの減衰により受信端における信号品質は著しく劣化することが予想されます。
そこで、コンプライアンス試験においては、想定されるインターコネクトの影響やイコライザの効果などを勘案して信号品質の判定を行うように規程されています。
このアニメーションは、処理手順を示すことで、試験法についての理解を深めます。

USB3.0のスーパースピードでは、5Gbpsの高速信号を安定に行うため、リンク層が追加さ れています。USB2.0にはなかった概念なのですが、基本は他の高速シリアル・インタフ ェースと同じです。このアニメーションでは、USB3.0のリンク層の動作についての理解 を深めます。

PCI Express Gen3では、8GT/sのビットレートでGen2の5GT/sの約二倍のデータレートが 確保できるように128b/130bデコードを用いています。しかし、8b/10bであったK28.5の ような特殊キャラクタがないので、別途コードの区切りを判定する方法が必要です。こ のアニメーションでは、PCI Express Gen3のブロック・アライメントの動作に関する理 解を深めます。

PCI Express Gen3では、ルートコンプレックスとエンドポイントが通信して送信側と受 信側のイコライザの最適の組み合わせが備わっています。この機構はダイナミック・イ コライゼーションとよばれており仕様の中で左図のように解説されていますが、やや難 解に感じられます。このアニメーションは、ダイナミック・イコライゼーションの処理 への理解を深めます。

PCI Express Gen3では、8GT/sビットレートは8GT/sで、Gen2の5GT/sの1.6倍しかありま せんが、約二倍のデータレートが確保できるように128b/130bエンコードが採用されてい ます。Gen2の8b/10bエンコードでは、8ビットのデータを10ビットのに変換して転送する ため、効率は80%になりますが、Gen3では、128ビットのデータを130ビットで転送するた め、効率は98.5％になります。このアニメーションではPCI Express Gen3の128b/130bエ ンコードの動作に関する理解を深めます。

PCI Express Gen 3では、 3タップのFIRフィルタを用いて送信側のイコライザを行います。 Gen　2で行われる デエンファシスに加えてプリシュートの調整も行い、より高速の信号に対応しています。 11個のプリシュートが用意されていますが、ここではP0からP9までの10個の動きを示します。 このアニメーションで、規格に記載されたプリセットの動作についての理解を深めます。

PCI Express Gen 3では、送信側でGen 2でも行っているデエンファシスに加えて、プリシュートを調整することでより高速の信号に対応しています。 このアニメーションでは、P0からP9までのプリセットの信号特性を示すことにより、TxEQに対する理解を深めます。

PCI Express Gen 3.0では、イコライザとしてCTLEに加えて1タップのDFE の搭載が求められています。 DFEは、判定された０、１のデータをフィードバックすることで強力なイコライザ効果を発揮しますが、その動作は分かりにくいです。 このアニメーションは、DFE内部の信号の流れを示し、動作に対する理解を深めます。

ほとんどのオシロスコープ は8ビットのADCを用いており、入力される電圧を256レベルで量子化してデジタルデータに変換します。 12ビットADCでは、入力される電圧を4096レベルで量子化してデジタルデータに変換します。 入力された電圧と量子化されたレベルの差を量子化誤差と呼びます。 このアニメーションでは、8ビットのADCと12ビットのADCの精度の差についての理解を深めることができます。

オーバーサンプリングとリニアアベレージは、12ビットADCと同等の垂直分解能を提供することができます。しかしながら、真の12ビットのハードウェアADCと比較して、いくつか実用上の制限が想定されます。このアニメーションでは、オーバーサンプリングとリニアアベレージ方式にある制限の理解を深めることができます。

8ビットADCでオーバーサンプリングして補足した複数のデータをリニアアベレージすると、元の8ビットADCよりもずっと細かな分解能が得られます。しかしながら、真のハードウエア高分解能ADCと同じ結果が得られるわけではありません。このアニメーションでは、信号の傾きを変更しながらハードウエアADCの動作とオーバーサンプリングとリニアアベレージの組み合わせ動作を比較することで理解を深めることができます。

低雑音の12ビット・オシロスコープは、従来の8ビット・オシロスコープと比較してはるかに詳細な波形が得られます。さらに高い精度、広いダイナミックレンジなど多くの優位点があります。このアニメーションでは、実際の波形を例に使って12ビット・オシロスコープの優位点について理解を深めます。