高速シリアル・インターフェースの評価指標「アイ・パターン」

計測のためのA-Dコンバータ実装術

JESD204の目標アイ・パターン

高速シリアル伝送で使用されるJESD204規格では，データ伝送の品質確保が設計の要になります．10Gbps以上の高速伝送においては，信号は伝送路を通過する間にさまざまな損失を受け，送信側の意図した矩形波形が受信側で著しくひずんだ形になります．これが伝送損失です．

伝送損失には，Sパラメータで表される$S_{21}$の挿入損失，ケーブルによる周波数依存性のロス，信号の反射によるひずみなどが含まれます．これらは最終的に信号のタイミングに影響し，ビット・エラーの原因になります．

アイ・パターンとイコライザによる波形補償

信号の品質を視覚的に評価する手法として，アイ・パターンがあります．正常な伝送では「目」のような開口が確認できますが，ロスが増加するとこの開口が潰れ，1 か 0 かを判別することが困難になります．これに対処するために用いられるのがイコライザです．

JESD204Bではイコライザは任意の機能として記載されていますが，JESD204Cでは必須となっています．特に高速動作が要求されるC規格では，イコライザは受信側に搭載することが求められています．

1. イコライザは信号の高域成分を意図的に増幅する
2. 結果として，伝送路を通った後に波形が元に近い形に復元される
3. この復元によってビット・エラーの発生を抑える

イコライザの応答はロールオフの始点付近にピークをもたせ，全体として減衰した周波数特性を補います．送信側で波形を意図的にひずませるプリディストーションも原理は同じです．JESD204では，送信側と受信側どちらに補償機能を配置してもかまいませんが，通常は受信側にイコライザを実装することが多いです．

JESD204Cの規格と実装上の注意点

JESD204Cでは伝送速度に応じて3段階のイコライザ・レベルが規定されています．これは，レシーバのCTL（Control）設定により以下のように決まります．

1. CS（Small）：6dBの補償
2. CM（Medium）：9dBの補償
3. CR（Large）：12dBの補償

補償量が増加することで，オーバーシュートやアンダーシュートの量も増大します．これにより，必要となる電源電圧が高くなり，回路の設計では消費電力への配慮が必要です．

JESD204の仕様では，イコライザに関する詳細なデータや数表が規定されており，これらは光通信規格（OIF）に基づいています．JESD204Bでは一部の素子にイコライザが内蔵されているものもありますが，JESD204Cではすべての構成において必須です．

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

• 1979年　芝浦工業大学　通信工学科卒業
• 同年　Analog Devices of Japan Inc に入社（後にアナログ・デバイセズ株式会社）同社にてアナログ・モジュール開発，Mixedシグナル・テスタのテスト・モジュール開発、高速リニア・カスタム集積回路の開発サポート，汎用リニア製品マーケティング等を担当．

著書

1. OPアンプ増幅回路の2つのゲイン，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【差動信号とその周辺回路設計技術】，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【A-D/D-Aコンバータの使い方】，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．

参考文献

1. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］高精度アナログ計測回路＆基板設計ノウハウ，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［Book］電子回路とプリント基板のノイズ解決 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．