グランドに接続するかしないか、それがここでの疑問点です - プローブの接続方法

グランドに接続するかしないか、それがこ こでの疑問点です - プローブの接続方法 高速シリアルインタフェースは、差動信号でデータを送信する場合が多く、差動プローブを使用 して信号トレースにアクセスできます。これらのプローブは、差動入力に加えて、グランドにも接 続できます。 R&S®RT‑ZMxx モジュール式マルチモード・プローブを接続す このアプリケーションカードでは、従来のUSB 3.2 Gen 1メモ る際の重要な疑問点の1つは、プローブグランド（GND）を被試 リ・フラッシュドライブのデータ信号解析について説明します。 験デバイス（DUT）に接続するかどうかです。 帯域幅、動作電圧範囲、負荷などのパラメータをすべて確認し たら、R&S®RT-ZM160とR&S®RT-ZMA10 プローブチップを手 ローデ・シュワルツのソリューション に取り、P、N、GND搭載のプローブチップ（図1を参照）をメモ R&S®RTP 高性能オシロスコープは、高速デジタルインタ リ・フラッシュドライブのUSBインタフェース（TXポート）にはん フェースのテストに最適なワンボックスソリューションです。 だ付けし、フラッシュドライブをデスクトップコンピューターに R&S®RT-ZMxx モジュール式プローブとさまざまなプローブチ 接続します。 ップ（R&S®RT-ZMAxx）およびアクセサリの組み合わせにより、 データ信号に簡単にアクセスでき、機械的／電気的な接続の 図1：R&S®RT-ZMA10 はんだ付けプローブチップ 課題を解決して、測定の信頼性を高めることができます。 GND アプリケーション 高速デジタルインタフェースをテストする際には、回路接続が N 測定にとって非常に重要です。まず、ホストからデバイス 5 mm （またはその逆）へのデータ信号を解析するかどうか、または コンプライアンスをテストするかどうかを決める必要がありま P す。ホストからデバイスへのデータ信号を解析する場合は、 R&S®RT-ZM160 プローブを使用してライブ信号をタップするこ GND とができます。コンプライアンステストでは、標準の50 Ω機器 （ケーブル、コネクタ、バルーン、…）を使用して信号にアクセス することができる規格に準拠したテストフィクスチャが必要で す。 Application Card Version 01.01

まず、アイパターンのテストによって、差動信号（DMモード）の 図で示すとおり、pとnのトレースはコモンモードのトレースと 信頼性を確認します（図2を参照）。このアイパターンからは、い ほぼ対称です。これにより、2つの疑問が生じます。第一に、pと くつかの欠陥があることがわかります。デバイスがトランスミッ nがDC値（緑色のCM信号）を中心に対称の場合、DC値は相殺 ターに直接接続されていてもアイのジッタが大きく、Q値が低 されるため、差動トレースは0 Vを中心に対称なはずです。第二 く、差動信号にオフセットがあり、0 Vを中心に対称ではありま に、プローブメータのコモンモード値（6 mV）と、コモンモード せん。 信号の平均値測定の値（137 mV）が一致しません。この点を考 慮して、通常の高速トレースを超えて回路全体を確認します。切 最初にDC問題を調査し、差動信号にバイアスが現れる理 断されているプローブを使用して簡単にアクセスできるUSBシ 由を解明します。幅トリガ（1 ns）を設定し、発生頻度の高い ールドと10 mΩ未満のオシロスコープグランド間の抵抗を確認 SKP（K28.1）文字の同じ極性の5つのビットを捕捉します。これ するためには、デジタルマルチメータの使用に加えて、電源の で、差動、コモンモード、pおよびnの各トレースが捕捉されます 接続（図4を参照）なども有用な場合があります。 （図3を参照）。DCパラメータをテストするために、プローブメ ータとコモンモード信号の平均値測定が有効になりました。 等価回路ブロック図に、デスクトップ、USBフラッシュメモリ、 オシロスコープ、R&S®RT-ZM プローブを図示します（図4を 参照）。関連する電源電圧（USBバス電圧）（VDD 5 V）が、USB 高速RX/TX接続と共に示されています。電源トレースの抵抗値 が、電源電圧と共に組み込まれています（RE、Rshield、RT、RC）。 図2：P、N、GND接続後の差動信号の アイパターン 図3：差動（R1）、コモンモード（R2）、 P（R3）、N（R4）の各部分への信号の 分割 2

REは、保護接地の抵抗負荷（＜10 mΩ）を表します。Rshieldは、プ もしれませんが、プローブの減衰比は、垂直軸に応じて10:1ま ローブケーブルのシールド抵抗（約30 mΩ）です。RTは、ホストト たは2:1になります。この場合、ソフトウェアは、接続されている レース抵抗（最大167 mΩ）で、RCは、嵌合コネクタ抵抗（最大 プローブで相互減衰を使用して入力ポートからのすべての電 30 mΩ）です。RTもRCも、USB 3.2仕様の第11.4.2章に規定され 圧を乗算します。10:1の減衰比で、9 mVの電位差は90 mVに ています（下表を参照）。RT、RC、RE、Rshieldは、青色で示されたプ なります。 ローブチップのグランド接続が確立されている場合は、USBフ ラッシュメモリの接地電流用の電流ディバイダーを形成します。 差動信号は、プローブチップの増幅器で差動からシングルエン 以下では、ネットワークの影響を予測し、実装ではRT仕様とRC ド信号に変換され、ローカルグランドとプローブグランドを基 仕様の最大値の1/3を保持すると想定しています。つまり、それ 準とし、後で9 mVの電位シフトが生じるため、この効果は差動 らの値は、REまたはRshield抵抗の値とほぼ同じです。 信号で明らかです。 重要なDC電流はIVDDと示され、プローブの同軸シールドを通っ もう1つの副作用は、コモングランドを基準とするオシロスコー て流れます。USBドライバーデータから500 mAの供給電流が プの信号経路のアナログ／デジタルコンバーター（ADC）に起 抽出されたとすると、プローブとオシロスコープを流れる電流 因します。一方、プローブメータのADCはローカルDUTグランド は300 mAと推定されるため、プローブケーブルのシールドに を基準とし、コモンモード電圧差が生じます（6 mV対137 mV）。 沿って9 mVのIRによる電圧降下が生じます。 プローブチップの増幅器は、ローカルグランドとコモングランド へのオシロスコープ入力を基準とするため、チップとシャーシ の間の電位差は9 mVになります。わずかなように思われるか 図4：等価回路 USBフラッシュドライブ L R R デ C R スクトップ C T VDD ATX電源 N +5 V RX PE + + 50 Ω 50 Ω – 50 Ω 50 Ω TX – R R R C C T GND N P GND GND ¸RT-ZMA10 オシロスコープ L – + – + IVDD R N SHIELD PE ADC プロー 50 Ω ブメータ ¸RT-ZM160 RE USB最大電源抵抗 ホストトレース抵抗 RT 167 mΩ 嵌合コネクタ抵抗 RC 30 mΩ ケーブル抵抗 RW 190 mΩ Rohde & Schwarz グランドに接続するかしないか、それがここでの疑問点です ‑ プローブの接続方法 3

ソリューション このセットアップは主にDC電流の影響を受け、電源ラインから ソリューションはシンプルです。データシートで動作電圧範囲が の誘導性負荷が考慮されていませんが、他のセットアップでは 十分大きいことを確認し、USBデバイスのプローブチップから 問題になる可能性があります。 グランド接続を切断します。シールドに電流が流れなくなり、測 定がIRによる電圧降下の影響を受けなくなります。新しいアイ まとめ パターンは満足のいくものです。DCオフセットがなく、アイ測定 R&S®RTP オシロスコープとモジュール式プローブ のほとんどのパラメータが改善されています（図5を参照）。プ （R&S®RT-ZM160）は、高速デジタル信号のタップ／解析に最 ローブメータとコモンモード（R2）の平均値測定の値も同じに 適です。さらに、この組み合わせは、ラインフィードやグランドル なりました。 ープのデバッグに用いることができ、プローブメータとプローブ モードを使用して差動信号からコモンモード信号に切り替える このソリューションは、このセットアップに固有です。他のセット ことができます。汎用ソリューションがないため、グランドセット アップは、プローブチップのグランドが切断されていると（特に アップの問題をケースバイケースで調査し、ニーズにあったソリ CM、N、Pモード測定では）機能しない場合もあります。また、こ ューションを見つけるために必要な手順を実行する必要があ の状況は特にUSBテクノロジーとは関係がありません。同じ ります。 USBフラッシュメモリをラップトップまたはプローブチップを備 えた電源内蔵型デバイスに接続した場合、保護接地からグラン ドループを利用できないため、この状況は大きく変わり、グラン ド接続が必要になります。 図5：プローブチップからGND接続を切断した後の差動信号のアイパターン Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG R&S® は、ドイツRohde & Schwarz の商標または登録商標です。 www.rohde-schwarz.com PD 3683.7625.96 | Version 01.01 | 12月 2022 (ja) グランドに接続するかしないか、それがここでの疑問点です ‑ プローブの接続方法 ローデ・シュワルツ トレーニング 掲載されている記事・図表などの無断転載を禁止します。 www.training.rohde-schwarz.com おことわりなしに掲載内容の一部を変更させていただくことがあります。 ローデ・シュワルツ カスタマーサポート あらかじめご了承ください。 www.rohde-schwarz.com/support © 2022 Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG | 81671 Munich, Germany 3683.7625.96 01.01 PDP/PDW 1 ja 3683762596