Egalisation de récepteur et sonde virtuelle
Ou comment soigner sa ligne de transmission avec « Eye Doctor »
Beaucoup de nouvelles générations de normes de données séries exigent désormais une égalisation de récepteur pour compenser les pertes de dispersion dues à la transmission par fond de panier.
Habituellement, le signal égalisé se produit uniquement dans la puce réceptrice, et donc ne peut pas être sondé. Afin de valider ce signal interne, une méthode d’observation du signal à l’intérieur
du récepteur doit être utilisée. Suite à la fuite du canal, le contenu de la fréquence la plus haute se dégrade alors que celui de la fréquence la plus basse reste intact. Sonder sur le brochage du
récepteur et l’égaliser avec un système de mesure augmentera le bruit de la haute fréquence, faussant ainsi la caractérisation du circuit. Une méthode de sondage virtuel dans la puce réceptrice est
alors indispensable. Cet article aborde des techniques spécifiques pour annuler le bruit lors de la mesure, soustraire l’effet des sondes et des accessoires (de-embedding) et fournir des mesures
précises au niveau des nœuds inaccessibles, tout cela en utilisant des sondes virtuelles.
La nécessité d’une égalisation est basée sur l’effet de la ligne de transmission de signaux de données séries à haute vitesse. La Figure 1 montre un diagramme de l’œil acquis depuis les broches
d’un récepteur après que la transmission passe par un fond de panier de 24". A 2,51 Go/s, le diagramme de l’œil recueilli au plus loin du fond de panier montre un signal d’excellente qualité. Avec
le même transmetteur mais avec un signal à 5,1 Go/s, on s’aperçoit que le dit diagramme est maintenant déformé, et qu’il y a beaucoup de parasites inter-symboles. A 9,75 Go/s, avec les mêmes
transmetteur, récepteur et fond de panier, le diagramme de l’œil est complètement fermé pour le récepteur. Et en absence de fronts de signaux clairement définis, il est impossible de mesurer la
gigue de ce signal.
A cause de cette perte d’intégrité du signal le long du fond de panier, les concepteurs travaillant dans les technologies des données séries haut débit incluent souvent un égaliseur dans la puce
réceptrice. Mais du fait que ce dernier soit enrobé dans du plastique, il est souvent impossible d’accéder au signal depuis l’extérieur. Le signal au bout du fond de panier et sur les broches du
récepteur correspond rarement à celui présent dans le circuit intégré du récepteur. Pour 10 Go/s, on remarque que le diagramme de l’œil est complètement inexploitable à l’extrémité du fond du
panier, alors que dans la puce réceptrice il semble correct. Les concepteurs de données séries haute vitesse ont souvent besoin de vérifier l’intégrité du signal au sein de l’égaliseur du
récepteur, mais, faute d’accès physique au signal, ils doivent trouver un autre moyen pour le visualiser.
Actuellement, beaucoup de standards de signaux en développement atteignent - voire dépassent - les 5 Go/s. A cause de la perte dans le canal, le contenu dans des fréquences plus élevées se dégrade
alors que dans une fréquence plus basse il reste intact. La perte de dispersion typique d’un signal Non-RZ (NRZ) haute vitesse transmit à travers un fond de panier/serveur de 30" est de - 4 dB à
1,25 GHz. Toujours avec le même fond de panier mais à 2,5 GHz (5 Gb/s), cette perte atteint - 8 dB. Elle provoque une distorsion du signal à l’extrémité éloignée du fond de panier et, pour
compenser cela, soit on égalise le récepteur, soit on améliore le canal. A 5 GHz (10 Gb/s), une perte de - 25 dB se produit à travers le canal, rendant le signal inexploitable sans égalisation de
récepteur.
L’emploi d’un émulateur d’égalisation idéal permet d’émuler différentes configurations d’égaliseur telles que : la ligne de retard à branchement linéaire transversal avec FFE (Feed Forward
Equalization), et l’égaliseur de décision rétroactif DFE (Decision Feedback Equalization). Présenté conjointement avec le signal d’entrée non égalisé, le composant égaliseur sort le signal égalisé,
le signal de données décodées et le signal de recouvrement de l’horloge. Une comparaison et des mesures peuvent être effectuées directement sur ces signaux, telles que les mesures du diagramme de
l’œil, l’estimation du taux d’erreur par bit, et l’extraction de gigue déterministe et aléatoire.
Le sondage virtuel permet à un utilisateur de sonder physiquement un nœud dans un circuit tout en mesurant une réponse à un autre endroit. Ce procédé inclut la possibilité d’acquérir des signaux
qui se produisent dans d’autres configurations de circuits à partir de la configuration effectivement utilisée pour la mesure. Les composants linéaires passifs peuvent être modélisés en utilisant
leurs profils d’impédance à paramètres S. En créant une liste équipotentielle et en incorporant des données de paramètres S, le système en déduit un filtre qui associe le signal mesuré et voulu à
la forme d’onde acquise. Par exemple, les mesures peuvent être prises là où le signal le plus net est disponible, en général au transmetteur, et le signal déformé en fin de canal peut être simulé,
en supprimant de la mesure le bruit de la sonde et de l’instrument. Ce filtre dérivé tient compte des interactions dans le système - en incluant la conversion du mode différentiel en mode commun,
la para-diaphonie et la télé-diaphonie.
Le sondage virtuel sert aussi pour l’émulation de fond de panier. En utilisant un logiciel de conception, un modèle de fond de panier peut être conçu et sauvegardé comme un modèle à paramètres S.
En insérant ce modèle dans un oscilloscope et en utilisant les signaux en direct, les concepteurs déterminent rapidement l’effet de diverses conceptions avant même de réaliser un prototype. Avec
des signaux pris directement depuis le transmetteur passant dans un fond de panier virtuel, les mesures peuvent être réalisées au bout d’un canal virtuel modélisé.
Durant la phase de conception, des douzaines ou des centaines de conceptions potentielles peuvent être ainsi simulées comme modèles. La conception est exportée depuis un outil de simulation (par
exemple, un modèle SPICE) et sauvegardée comme des paramètres S quadripolaires. Ce fichier .s4p s’insère comme un modèle de sonde virtuelle, et en ne mesurant que le transmetteur, sur des signaux
directs, l’extrémité la plus éloignée du fond de panier sera sondée virtuellement sans faire appel à un vrai fond de panier. Chaque modèle peut être chargé dans le fichier descriptif système, et
les résultats du fond de panier modélisé testés en utilisant des signaux en direct. Dans la phase suivante de conception, les prototypes sont créés et les paramètres S obtenus pour chaque prototype
en utilisant un analyseur de réseau vectoriel (VNA). Le modèle est ensuite ré-inseré dans le système pour permettre à chacun des prototypes d’être testés sans avoir besoin d’accéder au matériel.
Pour la phase finale de conception, les fonds de panier sont produits à un seul endroit et testés dans un autre sans nécessiter aucun transport physique du matériel. Il faut noter qu’au cours de
n’importe quel stade de conception, il n’est jamais nécessaire qu’un vrai fond de panier soit raccordé au transmetteur.
Le sondage virtuel rend superflu l’usage de sondes et s’utilise communément en cas de câblage. Par exemple, un transmetteur équipé de sorties SMA différentielles peut se connecter sur l’extrémité
rapprochée d’un vrai fond de panier. Ainsi, quand on compare le sondage physique à l’extrémité proche du fond de panier et le sondage virtuel à son extrémité éloignée, les signaux acquis depuis le
modèle physique et le virtuel seront quasiment identiques. Le modèle peut même être plus précis en insérant en série les paramètres S pour les câbles éloignés avec le modèle de fond de panier.
Le sondage virtuel peut aussi servir à désolidariser (de-embedding) les sondes. Quand les sondes et les accessoires sont en contact avec le circuit lors du test, leur présence influence la charge
capacitive et inductive du circuit et par la même contribue à la modification du signal vu sur l’oscilloscope. La Figure 4 montre un diagramme de l’œil d’un circuit avec la charge ou non due à une
sonde. Quand la rémanence est activée, la différence de charge est manifeste sur le front montant du diagramme. Le sondage virtuel permet à l’utilisateur d’effacer l’effet de charge de la sonde en
enlevant cet effet sur la mesure. La création d’un diagramme de réseau et l’insertion d’un modèle de paramètres-S dans un système de mesure permettra alors de connaître la réponse système avec ou
sans l’effet de charge de la sonde. Cela permet à l’utilisateur de sonder un système et de déterminer la vraie réponse du système qui se produirait si aucune sonde n’était attachée. En d’autre
terme, un sondage de ce type permettrait à un utilisateur de toucher physiquement le circuit avec une sonde tout en montrant le comportement du circuit si ce dernier fonctionnait sans sonde.
De plus, cette technique peut servir pour réduire le bruit lors de la mesure. Pour des signaux de données séries rapides, le canal atténue souvent le contenu haute fréquence en dessous du bruit
plancher du à la mesure du système utilisé pour la caractérisation. C’est pourquoi, le sondage des broches du récepteur et ensuite l’égalisation du signal éloigné dans le système de mesure
augmentera sensiblement les niveaux de bruit haute fréquence, d’où une inexactitude de la caractérisation du circuit. Pour éviter ce problème, l’usage du sondage virtuel permettra à l’utilisateur
de sonder physiquement les broches du boîtier du transmetteur (au lieu de celles du récepteur), et ensuite de co-simuler l’effet sur le fond de panier. Pour supprimer l’effet du bruit de la mesure
sur le récepteur, le transmetteur peut être sondé pour atteindre un excellent ratio signal sur bruit, puis "sonder virtuellement" l’intérieur de la puce récepteur pour visualiser le signal égalisé.
De cette manière, le signal est acquis dans un environnement où la force du signal est bien plus élevée que le niveau du bruit, et n’est pas soumis aux limitations du bruit de mesure qui peuvent
apparaître lorsque l’on sonde physiquement les broches du récepteur. Ce signal correct peut maintenant être égalisé en utilisant l’égaliseur FFE, et l’égaliseur de décision rétroactif (DFE), pour
une émulation d’égalisation idéale montrant la réponse d’égalisation exacte dans le récepteur.
En résumé, ces techniques peuvent annuler ou compenser beaucoup de formes ordinaires de distorsions augmentant ainsi le ratio signal sur bruit, ouvrant le diagramme de l’œil, augmentant le temps de
montée et les réponses de la sonde et des accessoires, désolidarisant les effets des sondes et des accessoires, et annulant le bruit de la mesure. Ces facteurs autorisent des mesures exactes au
niveau de nœuds inaccessibles, la réduction de la gigue, la restauration de la bande passante perdue et de la fidélité du signal en utilisant une combinaison d’égalisation de récepteur et de
sondage virtuel.
Le Pack « Eye Doctor » de LeCroy comprend le sondage virtuel et l’emulation d’egalisation et est disponible exclusivement sur les series SDA et WaveExpert.
La lettre électronique de LeCroy | Volume 7-2007
+ 33 1 69 18 83 20 Fax: + 33 1 69 07 40 42
![http://twitter.com/LeCroyFrance](%3Ca%20href="http://www.twitter.com/LeCroyFrance"%3E%3Cimg%20src="http://twitter-badges.s3.amazonaws.com/twitter-a.png"%20alt="Follow%20LeCroyFrance%20on%20Twitter"/%3E%3C/a%3E){kind=link}