고속 인터커넥트 및 백플레인
하이퍼스케일 네트워크, 클라우드 컴퓨팅, 모바일 인터넷 서비스, 그리고 이로 인한 네트워크 트래픽 폭발은 데이터 속도를 100G 및 200G로 끌어올리고 있으며, 거의 모든 로드맵에서 400G를 구현하고 있다. 최신 PCIe®, USB-C, Thunderbolt™ 및 기타 표준을 통합하는 고속 인터커넥트 및 백플레인을 설계할 때, 비용을 최소화하면서 고속 데이터 전송 속도에서 신호 무결성(SI)을 보장하는 것은 중요한 지침이다. 이처럼 복잡한 고속 설계를 효과적으로 측정하기 위한 테스트 솔루션은 정확한 SI 측정을 위해 주파수 및 시간 영역에서 측정을 지원해야 한다.
더 높은 데이터 전송 속도는 SI 엔지니어에게 고속 상호 연결 및 백플레인의 검증, 디버깅 및 문제 해결 시 새로운 설계 과제를 야기한다. 엔지니어가 높은 설계 신뢰도를 확보하려면 인쇄 회로 기판(PCB)의 표피 효과와 유전 손실, 비아, 스택업, 커넥터 핀에 대한 정확한 측정이 필요하다..
비트율이 증가함에 따라 백플레인 및 인터커넥트 전송 특성을 정확하게 평가하기 위해 테스트 장비의 주파수 상한을 높여야 한다. 예를 들어, 속도가 빨라질수록 일반적으로 3차 또는 5차 고조파까지 측정하기 위해 더 높은 테스트 주파수가 필요하다.
PAM4의 영향
복잡한 상호 연결 시스템은 이제 높은 대역폭 요구를 충족하기 위해 펄스 진폭 변조 4레벨(PAM4)을 사용하여 개발되고 있다. PAM4는 기존 NRZ(Non-Return-to-Zero) 기술보다 심볼 사이클당 두 배 더 많은 데이터를 전송할 수 있어 현재 및 미래의 고속 설계에 더욱 적합하다.
PAM4의 단점 중 하나는 신호 복잡성을 증가시키고 잠재적인 비선형성을 야기한다는 것이다. 지터, 잡음, 누화는 PAM4 신호 측정 시 여전히 중요한 문제이다. 테스트 솔루션은 PAM4 신호를 측정하기 위해 매우 깨끗한 클록, 견고한 클록 복구 회로, 그리고 민감한 심볼 디코더/전압 슬라이서를 갖춰야 한다. 또한 채널로 인해 발생하는 심볼 간 간섭(ISI)을 해결하기 위해 송신기와 수신기의 향상된 등화 체계가 필요하다.
고속 인터커넥트 및 백플레인 테스트
일반적으로 고속 인터커넥트의 특성을 분석하는 데 두 가지 주요 자극-응답 시스템이 사용된다. 벡터 네트워크 분석기(VNA)는 주파수 영역에서 S-파라미터를 측정하는 반면, 시간 영역 반사계(TDR)는 시간 영역에서 임펄스 응답을 측정한다.
네트워크 추출 및 디임베딩
고속 인터커넥트, PCB, 백플레인, 픽스처 및 패키지의 특성을 분석하기 위해 SI 엔지니어는 광대역 VNA를 사용하여 정확하고 반복 가능한 싱글 엔드, 밸런스드 차동 및 혼합 모드 S-파라미터 측정을 수행한다. 주파수 영역에서 고품질 S-파라미터 측정은 시간 영역 기반 계측기에 비해 몇 가지 고유한 장점을 가지고 있으며, 특히 동적 범위가 뛰어나다.
고속 설계에 사용되는 많은 채널에는 측정된 S-파라미터에 영향을 미치는 발룬, 커넥터, PCB 트레이스 및 기타 고정 장치가 있다. 이러한 요소를 상쇄하기 위해 네트워크 추출을 수행해야 한다. 네트워크 추출은 측정에서 제외하거나 측정에 포함해야 하는 기능에 대한 S-파라미터를 결정하는 프로세스이다.
그러나 주파수 영역 데이터만으로는 성능을 검증하기에 충분하지 않다. 고급 VNA 아키텍처는 시간 영역 측정도 지원한다. 이러한 계측기는 주파수 데이터를 시간 영역으로 변환하여 특정 문제를 찾아낼 수 있다. 수집된 신호를 시간 영역으로 정확하게 변환하려면 VNA에 매우 높은 분해능이 필요하다. 이를 통해 SI 엔지니어는 불연속성, 임피던스 변화 및 누화 문제를 더욱 정확하고 효율적으로 찾아낼 수 있다.
VNA는 SI 설계 검증에서 단일 계측기 솔루션으로 사용될 수 있지만, 비트 오류율 테스터(BERT), 오실로스코프 및 기타 보완 도구를 포함하는 견고한 시스템의 핵심 계측기로도 사용될 수 있다. 완전한 시스템은 단일 구성 요소 또는 완전한 시스템의 신호 전송 품질을 테스트한다. 두 가지 애플리케이션 모두에서 핵심은 테스트 요구 사항에 적합한 VNA를 선택하는 것이다.
