Optimiser les mesures différentielles sur les interfaces à haut débit

Votre tâche

Votre tâche consiste à mesurer des interfaces haute vitesse telles que PCIe, USB 3.1 et 10 Gbit Ethernet, qui utilisent la transmission différentielle. Les voies relatives aux signaux différentiels utilisent une ligne positive et une ligne négative référencées l'une à l'autre, plutôt qu'une seule ligne de mise à la masse (transmission à terminaison simple). Le signal différentiel mesuré correspond à la différence entre l'entrée négative et l'entrée positive. Grâce à leurs impédances élevées en entrée, les sondes différentielles peuvent mesurer les signaux entre deux potentiels quelconque, tant que ceux-ci appartiennent à la gamme dynamique de la sonde. La sonde différentielle mesure et amplifie la différence de tension des deux niveaux du signal.

Solution T&M

Pour analyser précisément les interfaces haute vitesse, il est important de bien sélectionner la sonde différentielle. La Fig.1 montre la configuration de mesure simplifiée d'une sonde différentielle avec des tensions d'entrée positive (V_P) et négative (V_N) mesurant un signal USB 3.1 Gen1. Dans cet exemple, le lecteur USB est connecté à un ordinateur portable qui n'est pas relié au secteur. Il indique la tension différentielle (V_DM= V_P– V_N) et la tension de mode commun (V_CM= ½ (V_P+ V_N)).

La sonde possède également une liaison de masse. Cette connexion a une inductance parasite et généralement inconnue L_parasitequi dépend de la qualité et des propriétés de la masse, par exemple la distance par rapport à la masse. Une inductance élevée engendre une détérioration de la qualité du signal haute vitesse mesuré, à cause de la dépendance en fréquence de la réjection en mode commun. Une liaison de masse est nécessaire pour améliorer le taux de réjection en mode commun (CMRR) de la sonde.

Application

L'influence de la liaison de masse sur les mesures différentielles peut être analysée en se basant sur la configuration de la Fig.1:

• Le lecteur USB est connecté à l'ordinateur portable
• Le signal d'émission est détecté par la sonde modulaire R&S^®RT-ZM60, qui est connectée au R&S^®RTO2064

La première configuration utilise la liaison de masse au sein de la pointe. Dans la seconde configuration, aucune liaison de masse n'est établie, à titre de comparaison, afin d'afficher les effets de cette liaison de masse supplémentaire.

Tout d'abord, le mode commun des deux configurations (avec/sans liaison de masse) est mesuré, puis c'est au tour de la tension différentielle. Les récepteurs de test EMI^®La sonde modulaire RT-ZM est un choix idéal car elle vous permet de commuter entre les mesures en mode différentiel (DM) et en mode commun (CM) sans reconnexion ou nouvelle soudure de la sonde.

La Fig. 2 indique le résultat de la mesure de tension en mode commun. La forme d'onde bleue représente les mesures avec une liaison de masse (configuration 1). La forme d'onde jaune correspond aux mesures sans liaison de masse (configuration 2). Les tensions crête-crête et RMS de la tension en mode commun sont indiquées dans la fenêtre de résultats “Meas Results” sur le côté droit, ce qui permet de comparer la tension en mode commun des deux mesures.

Le PTP et les résultats de mesure RMS de la tension CM avec une connexion à la masse (PTP = 95 mV, RMS = 9 mV) sont plus faibles que les résultats de mesure sans connexion à la masse (PTP = 123 mV, RMS = 12,3 mV). Cela signifie qu'une connexion de masse est nécessaire pour des mesures CM précises.

La forme d'onde mauve sur la Fig. 3 est un exemple de l'influence non prévisible et inconnue, si la masse de la sonde n'est pas reliée. Elle représente la mesure sans liaison de masse (forme d'onde jaune sur la Fig. 2) lorsque l'ordinateur portable est relié au secteur via son alimentation. La forme d'onde mauve indique que dorénavant la commutation de fréquence (approx. 55 kHz) de l'unité d'alimentation est également mesurée, ce qui impacte le résultat de mesure. La mesure crête / crête du CM triple à 298 mV(valeur PTP dans la case ‘Meas Results’).

Lorsque la masse de la sonde est reliée, le branchement de l'alimentation de l'ordinateur portable n'a aucun impact sur les résultats de la mesure. Les résultats indiquent que la liaison de masse de la sonde influence également les mesures de la tension différentielle. Afin de comparer les mêmes données pour les deux mesures, un protocole de déclenchement dédié aux bus série est utilisé.

La forme d'onde bleue sur la Fig. 4 représente les résultats de mesure avec une sonde reliée à la masse. La forme d'onde jaune représente la mesure sans liaison de masse. La gigue TIE de la forme d'onde bleue est affichée sur l'histogramme vert juste en-dessous.

La gigue RMS de la configuration avec une connexion à la masse correspond à la déviation standard de l'histogramme σ = 10,8 ps(flèche rouge). Effectuer la même mesure sur la forme d'onde jaune engendre une gigue RMS de σ = 14,5 ps, soit 34 %de plus. Cela correspond aux dépassements (overshoots) de la forme d'onde jaune observés dans la fenêtre de zoom. Ces résultats indiquent une meilleure fidélité au signal lorsque les mesures sont effectuées avec une sonde possédant une liaison de masse.

Fig. 1 : Exemple d'une sonde différentielle mesurant le signal USB 3.1 Gen 1 émis

Fig. 2 : Comparaison de mesures CM et crête - crête avec des mesures de tension RMS dans les deux configurations de test.

Fig. 3 : Mesure de tension CM sans connexion de masse, lorsque l'ordinateur portable est connecté au secteur.

Fig. 4 : Comparaison des mesures DM.

Conclusion

Les récepteurs de test EMI^®La sonde modulaire RT-ZM propose des fonctions spéciales pour effectuer des mesures DM, CM et à terminaison simple. L'utilisation d'une liaison de masse est essentielle pour les mesures en mode différentiel, car elle évite que le circuit ne soit flottant, tout en assurant des signaux stables et reproductibles au sein de la gamme de mesure de la sonde différentielle – en particulier pour les fréquences élevées.

La liaison de masse diminue également l'inductance parasite, qui doit être la plus petite possible afin de maintenir une intégrité de signal élevée. Les sondes différentielles possédant une liaison de masse peuvent assurer une immunité élevée aux interférences.