次世代SDカードUHS-IIにおける 設計および評価、解析の勘所

次世代SDカードUHS-IIにおける
設計および評価、解析の勘所
Miki Takahashi,
Granite River Labs, Director of Signal Integrity Engineering
Granite River Labs について
 高速I/F専門の評価・解析サービス
-電気特性評価
-プロトコル評価
-電気ストレス試験
（電源、温度、プロセスばらつき、製造ばらつき試験）
-プロトコル・ストレス試験
（負荷データ試験、パワーマネージメント、エラー印加
試験）
 各種I/Fの認証試験
 高速信号向け基盤設計のコンサルティング
 モデリングとSimulation（IBIS、Sパラなど）
 評価手法の開発および、評価Toolの開発・
販売
 標準インターフェースのテスト仕様策定
2
Granite River Labs について
Data Bus & Storage
First ATC
16GFC
ATC
PCIe Gen3/4
SAS Gen2/3
ATC
D-PHY/M-PHY
UFS
ATC
CEI 6G/11G
DDR3/eMMC
ATC
ATC
High Definition Video
SATA Gen3
ATC
USB 3.0/10G
ATC
CFast, XQD
Planned 2013
UHS-2
Planned 2013
Chip-to-Chip / Backplane Memory Card
MHL 1.2/2.0
Planned 2013
ATC
DP 1.2, MyDP
3G/HD-SDI
V-By-One HS
HDMI 1.4/2.0
Planned 2013
SDR
DDR
QDR
FDR
External
Ethernet
1.25G
3.125G
10.31
PHY I/F
SGMII.
XAUI,
XFI-SFP+
SONET
STM-16
STM-64
ODU-2
Networking
3
アジェンダ
 UHS-II インターフェース概要
 高速I/Fシステム設計の留意点
 評価のポイントと落とし穴
 GRLのUHS-II評価サービスおよび
UHS-II評価ソリューション
4
SD UHS-II インターフェース概要
UHS-II SD Card
Host Controller
D0 Lane (Data)
D1 Lane (Data)
RCLK Lane (Reference Clock)
UHS-II Socket
D0/D1 Lanes : 100ohm差動データ・チャンネル（双⽅向バス：最⾼1.56Gbps）
RCLK Lane : 低速なリファレンス・クロック （~52MHz）
5
SD UHS-II インターフェース概要
 ⽐較表
UHS-I
UHS-II
Comments
I/F信号スピード
208MHz
1.56Gbps
約8倍もの⾼速化
同期クロック
有（ソースシンクロ）
無（CDRによるシリアル通
信）
UHS-IIはHUHS-Iの延⻑ではなく完全に異なる
通信技術の採⽤
終端
無
有
インピーダンス制御
無
有
UHS-IIではインピーダンスマッチングが安定
した通信への鍵。
信号振幅
1.8V
400mV 差動
⾼速かつ⼩振幅伝送のため適切な伝送路設計
が必要
ノイズスペック
データ/クロック間の
セットアップ・ホール
ドスペック
シリアルI/F固有なジッター
の定義を採⽤
CDR回路を採⽤したため、シリアルI/F固有
のジッターのスペックを採⽤
SDコネクター
メカ部品という認識が
強い
ソケットは電気部品として
取り扱いが必要
インピーダンススペックなど電気特性を意識
した電気部品という位置づけ
6
UHS-IIシステム設計の留意点
 ホストおよびカードの送信信号品質は大丈夫か？
 ホストおよびカードの受信特性が十分か？
 RCLKはクリーンな状態で伝播されているか？
 システムのインピーダンス制御は適切にできているか？
（ホスト、カードの終端抵抗は問題ないか？、伝送路のインピーダンスは？
UHS-IIソケットでのインピーダンス不整合は大きくないか？）
 電源ノイズは大きくないか？
7
UHS-IIシステム評価のポイント
同期クロックを送信しないでどうやってデータ信号を受信するの？
8
UHS-IIシステム評価のポイント
送信信号は受信端では劣化してしまう。劣化原因はシステム上にある。
元の波形が悪いと受信端での特性も悪化。信号劣化に対する受信回路
の耐性も重要なファクター。
9
UHS-IIシステム評価のポイント
 ホストおよびカードの送信信号品質は大丈夫か？
－SDカードスペックおよび、UHS-II PHY テストガイドラインに沿って、送信信号特性を確認
しましょう。
送信特性が悪い場合は受信回路で正常にデータが受信できない場合があります。
Eye Pattern Test
Parameter Test
10
UHS-IIシステム評価のポイント
 ホストおよびカードの受信特性が十分か？
-受信端でのある程度の信号劣化は避けられません。そのため受信回路はある程度の信号
劣化に耐えうる特性が必要です。
受信回路にストレスを加えた信号を入力して、劣化に対する耐性を確認しましょう。評価指標
や手法はSDカードスペック、テストガイドラインに定義されています。
D0
11
UHS-IIシステム評価のポイント
 システムのインピーダンス制御は適切になされているか？
-受信端での信号劣化の原因の多くはPCB上にあります。トレースでの信号損失やインピー
ダンスの不整合などは信号特性の劣化を引き起こします。
システムのインピーダンスはリターンロスという形で定義されていますので、スペックを参照
して、適切なチャンネル設計（トレース、ソケット等）がなされているかネットワークアナライザ
ーで確認しましょう。
インピーダンス測定
リターンロス測定
12
UHS-IIシステム評価の落とし穴
 インターオペラビィティの問題
-あるHOST/CARDとはつながるが、ある別のHOST/CARDだと動かない。
これがいわゆるインターオペラビィティの問題です。プロトコルの解釈を誤ったり、微妙なアナ
ログ特性の差異により発生し、原因は多種多様で、解析には時間と技術を要します。
特にプロトコルの解析はインターオペラビリティでは必須となります。
 環境条件に依存する問題
-動作環境は温度や電源電圧など、使われる場所や製品によってばらつきがあります。想定さ
れるあらゆる使用環境、製品製造ばらつきを考慮して製品の動作保証が必要です。
環境条件ストレス試験やばらつき試験はこういった問題を洗い出す有効な方法です。
13
GRLのUHS-II評価ソリューション
 UHS-II 電気特性評価
GRLはUHS-IIの電気試験を行う環境を保有しています。評価サービスとしてスペックの確認試
験から、DUTにストレスを加えた特性試験まで幅広いニーズに対応できます。
 UHS-II プロトコル評価
GRLはUHS-IIのプロトコルを評価、解析するToolを開発販売しています。
1)UHS-II プロトコル・デコード・ソフトウェア （ブースにてDemo中）
オシロスコープ上で動作するプロトコルアナライザーです。
2)UHS-II ホスト/カード エミュレータ （ブースにてDemo中）
FPGAプラットフォームのエミュレータで、任意のトラフィックを発生させて、正しく動作するかどう
かの確認を行います。テストガイドラインに定義された試験項目の確認も可能です。
14
GRLのUHS-II評価ソリューション
1)UHS-II プロトコル・デコード・ソフトウェア（ブースにてDemo中）
オシロスコープ上で信号をキャプチャ
1/0のシリアル信号を8/10デコードし、プロト
コル情報へ変換、以下の解析機能を提供。
-シンボル情報
-パケット情報
-特定のパケットをサーチ
など
15
GRLのUHS-II評価ソリューション
2)UHS-II ホスト/カード エミュレータ （ブースにてDemo中）
16
Thank You For Attending
 Brought to you by Granite River Labs…
“Helping customers adopt to new high speed interfaces
through signal integrity testing services.”
グラナイトリバーラボ・ジャパン株式会社
TEL: 045-222-8797
E-mail: [email protected]