JP2020155848A - 受信装置及び受信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】データサンプル回路への入力信号にかかる負荷の増加を抑えながら、周期性が安定しない入力信号でも鮮明な波形表示を行なうこと。【解決手段】入力される受信信号に対して、第1電圧及びクロックタイミングに基づいて第1の2値データを抽出するデータサンプラ13と、受信信号に対して、調整可能な第2電圧及びクロックタイミングに基づいて第2の2値データを抽出するEM+LMサンプラ14と、電圧方向と時間方向の2つの座標軸に沿って展開した分割領域毎に、同一のクロックタイミングで電圧方向に隣接する複数の分割領域の数に対応するパターンを用いて複数の第2の2値データを取得させ、取得した複数の第2の2値データ及び第1の2値データに基づく受信信号の出現頻度に基づいて統計処理してその結果に応じた表示処理を施した波形情報を生成する波形化処理部15とを備える。【選択図】図1
Description
本実施形態は、受信装置及び受信方法に関する。
PCI Express(登録商標)規格(以下「PCIe(登録商標)」)などのシリアルインタフェース規格において、受信する信号のアイパターンをモニタするレーン・マージニング(Lane Margining:以下「LM」)と称される仕様が定められている。この仕様に準じて、信号を受信する装置においては、受信信号からデジタルデータを得るデータサンプル回路に対して、LM用のサンプル回路が併設される。このLM用のサンプル回路は、アイパターンに対する閾値電圧となる参照電圧と、電圧及び時間のオフセット値と、を調整可能な構成を備え、LM用サンプル回路の判定結果を、データサンプル回路によるオフセットなしの判定結果と比較することで、アイパターンを取得する。
ところで、受信信号のアイパターンとは別に、アイパターンの開口部分以外の、より広い範囲の信号波形をモニタして、符号間干渉(ISI:InterSymbol Interface)等によるジッターの有無を確認したいという要求がある。
信号波形をモニタするためには、受信信号の入力端にあるイコライザ後段に、LM用のサンプル回路とは別に、さらに参照電圧が異なる他のサンプル回路を併設する手法等が考えられる。この手法は、寄生容量の増加等によりデータサンプル回路の入力端の負荷を増大させて、波形の品質が劣化する要因となり得るため、好ましくない。
実施形態は、データサンプル回路への入力信号に対する影響を抑えながら、周期性が安定しない入力信号でも鮮明な波形モニタを行なうことが可能な受信装置及び受信方法を提供することを目的とする。
実施形態の受信装置は、入力される受信信号に対して、第1電圧及びクロックタイミングに基づいて第1の2値データを抽出する第1のサンプル回路と、前記受信信号に対して、調整可能な第2電圧及び前記クロックタイミングに基づいて第2の2値データを抽出する第2のサンプル回路と、電圧方向と時間方向の2つの座標軸に沿って展開した分割領域毎に、同一のクロックタイミングで電圧方向に隣接する複数の分割領域の数に対応するパターンを用いて前記第2のサンプル回路により複数の前記第2の2値データを取得させ、当該取得した複数の前記第2の2値データ及び前記第1のサンプル回路により抽出された前記第1の2値データに基づく前記受信信号の出現頻度に基づいて統計処理し、当該統計処理の結果に応じた表示処理を施した波形情報を生成する処理部と、を備える。
以下、図面を参照して一実施形態について説明する。
図1は、パーソナルコンピュータ内のストレージシステムの入力部に設けられる、一実施形態に係る信号受信装置10の一部の回路構成を示すブロック図である。ストレージシステムは、例えばソリッドステートドライブ(SSD:Solid State Drive)やメモリカードである。
図1は、パーソナルコンピュータ内のストレージシステムの入力部に設けられる、一実施形態に係る信号受信装置10の一部の回路構成を示すブロック図である。ストレージシステムは、例えばソリッドステートドライブ(SSD:Solid State Drive)やメモリカードである。
同図において、RX入力ピン11にパーソナルコンピュータのサウスブリッジからの受信信号が入力される。この受信信号は、例えばPCIe規格のシリアルインタフェースの物理レイヤにおいて、2線間で差動動作するものとする。
入力された受信信号は、イコライザ(EQ)12により高周波成分を増幅するなど所定の補償が行なわれた後に、データサンプラ(データサンプル回路)13とアイモニタ(EM)/レーンマージニング(LM)サンプラ(波形サンプル回路)14とに送られる。
データサンプラ13は、クロックデータリカバリ(CDR)部16からのクロックに同期して、受信信号に含まれる受信データ(2値データ「1」/「0」)を抽出(サンプリング)して波形化処理部15に出力し、クロックが重畳されているデータをCDR部16に出力する。
CDR部16は、受信したデータからクロックを分離し、分離したクロックをデータサンプラ13と位相補間(PI:Phase Interpolator)部17とに出力する。
PI部17は、CDR部16からのクロックを基準として、波形化処理部15から与えられる、制御動作を符号で指示するコントロールコード信号に応じてタイミング調整を施したクロックタイミング信号tをEM+LMサンプラ14へ供給する。
波形化処理部15からのコントロールコード信号はまた、電圧生成部18にも与えられる。
電圧生成部18は、データサンプラ13で用いる参照電圧を基準とし、波形化処理部15から与えられるコントロールコード信号に応じて調整した参照電圧vをEM+LMサンプラ14へ出力する。
EM+LMサンプラ14は、受信信号中のアイパターンの開口部分を含む信号波形を抽出(サンプリング)するべく、データサンプラ13と併設して設けられたサンプル回路である。EM+LMサンプラ14は、イコライザ12を介して入力される受信信号に対し、PI部17からのクロックタイミング信号tに同期して、電圧生成部18からの参照電圧vを用いて受信データ(2値データ「1」/「0」)を抽出して、波形化処理部15へ出力する。
波形化処理部15は、データサンプラ13の出力するデータとEM+LMサンプラ14の出力するデータをデジタル処理し、その実行結果から入力信号のアイパターン開口を含む信号全体の波形データを生成する。
生成された波形データは、必要により、例えばパーソナルコンピュータで検査用のソフトウェアを用いてディスプレイにおいて表示されるか、または当該パーソナルコンピュータと外部接続される他の検査機器により表示される。
次に本実施形態の動作について説明する。
図2は、波形化処理部15が実行する処理の基本的な概念を示す図である。
図2は、波形化処理部15が実行する処理の基本的な概念を示す図である。
図2(A)は、縦軸を電圧、横軸を時間として展開した座標面に、実際の信号のサンプル波形を多数重ね合わせて例示している。図中、分解能に相当する矩形の最小分割領域を、信号波形の画像を構成する最小単位となるセルと称して、信号が出現した頻度に応じた各セルの濃淡により信号波形を表現している。本実施形態では、同一のセル位置において、複数回のサンプリングを行なったサンプリング期間中に信号が出現した頻度が高いセルをより黒く、信号が出現しなかった頻度が高いセルをより白く、表現している。
なお図2(A)では、後述する「セル1」〜「セル3」を説明するために、意図的に全体の濃度を落とした「薄い」表現としている。
本実施形態では、各サンプリングでデータサンプラ13及びEM+LMサンプラ14で得られたデータに対し、3ビット(8種類)のビットパターン「000」〜「111」のパターンフィルタを用いて、図中に示すように同一タイミングで電圧方向に隣接する複数、例えば3つのセル1〜セル3を単位として、セル毎に信号の有無(1/0)を比較判定する。セル1〜セル3の位置を電圧方向及び時間方向に順次移動させながら信号波形が取り得るサンプル範囲全体を走査して、同様の比較判定の処理を繰返すことで、それらの判定結果から統計処理によりデジタル処理の結果としての出現頻度を算出する。
図2(B)は、3ビットのビットパターン「000」〜「111」毎にセル1〜セル3の判定結果から得た出現頻度を累積分布関数CDFの変数C10,C20,C30,C11,C21,C31,‥‥,C17,C27,C37とした例を示す。
図2(C)に示すように、3ビットのビットパターン「000」〜「111」毎に、電圧方向に隣接するセル間の累積分布関数CDFの減算による微分で確率密度関数PDFの代数P10,P20,P11,P21,‥‥,P17,P27を得ることができる。これらを統計処理することで、セル間の符号間干渉の不均一性を削減することが可能となる。
なお図2(A)では、同一のセル位置において、サンプリング期間中に信号が出現した頻度が高いセルをより黒く、信号が出現しなかった頻度が高いセルをより白く、表現する場合について説明したが、これに限らず、信号が出現した頻度に応じて色相、彩度、明度を適宜組み合わせて、セル毎にカラー表示するような表現をとることも容易に可能である。
図3は、波形化処理部15が実行する、具体的な波形データ生成の処理内容を示すフローチャートである。波形化処理部15では、サンプリングの連続n回分のデータサンプラ13及びEM+LMサンプラ14の出力を取得し、取得した結果に対して以下の処理を実行する。
まず波形化処理部15は、n回のサンプリング中の最初のm回分(m<n)の結果に対し、電圧方向に隣接する3ビットのパターンデータ(xyz)(x,y,z:それぞれ0または1)の出現頻度分布mxyzを取得する(S101)。
より具体的には、波形化処理部15は、パターンデータ「000」の出現頻度をm000、パターンデータ「001」の出現頻度をm001、‥‥、パターンデータ「111」の出現頻度をm111として取得する。出現頻度分布mxyzは、出現頻度m000、‥‥m111の集合である。
出現頻度分布mxyzを取得するためのサンプリング回数mは、全体の信号波形データを得るためのサンプリング回数nに比べて明らかに小さい値とし、例えばm=n/10として事前に設定される。
全体の信号波形データを得るためのサンプリング回数に比べて、出現頻度分布を取得するためのサンプリング回数を十分に小さく設定することにより、受信信号全体の傾向を把握するための処理に必要な波形化処理部15での負担を軽減し、より短時間で信号波形の表示に移行できる。
次に波形化処理部15は、サンプリング結果の波形表示範囲における電圧方向のインデックスIvと時間方向のインデックスItに、それぞれの波形表示範囲における最小値を示す初期値「1」を設定する(S102)。
波形化処理部15は、その時点の電圧インデックスIvと時間インデックスIt(この時点では、Iv=1、It=1)に基づいたセル位置で、サンプリング期間m回分の受信信号に対して、それぞれあるパターンデータ(xyz)を用いた比較判定を実行する。すなわち、波形化処理部15は、電圧方向に隣接する3ビットのあるパターンデータ(xyz)の出現頻度と、同パターンデータによる比較判定の結果が1となった(すなわち、入力信号の電圧がIvで指示された電圧レベルより高いと判定した)発生回数C1xyzとをカウントする(S103)。
波形化処理部15は、カウント処理中のパターンデータxyzに対して、その出現頻度Cxyzが、S101で取得した出現頻度mxyzの定数K倍である上限数Kmxyzに到達したか否かを判断する(S104)。
出現頻度Cxyzが上限数Kmxyzに到達していないと判断した場合(S104のNo)、波形化処理部15はS103からの処理に戻って、判定結果が1となった発生回数C1xyzのカウント処理を続行する。
またS104において、出現頻度Cxyzが上限数Kmxyzに到達したと判断した場合(S104のYes)、波形化処理部15は、判定結果が1の発生回数C1xyzのカウントを停止する(S105)。
次に波形化処理部15は、全パターンデータについて、判定結果が1の発生回数C1xyzのカウントが停止しているか否かを判断する(S106)。
全パターンデータで判定結果が1の発生回数C1xyzのカウントが停止していない、すなわち、まだ何れかのパターンデータでのカウントが継続していると判断した場合(S106のNo)、波形化処理部15は、再びS103からのカウント処理を続行する。
波形化処理部15は、S103〜S106の処理を、パターンデータ(xyz)を順次更新しながら繰り返し実行する。すなわち、波形化処理部15は、全てのパターンデータ(xyz)について、同一のセル位置における出現頻度Cxyzが上限数Kmxyzに到達するまで、判定結果が1となる発生回数C1xyzのカウントを続行する。
S106において、全パターンデータについて、で判定結果が1となる発生回数C1xyzのカウントが停止したと判断すると(S106のYes)、波形化処理部15は、その時点での電圧インデックスIvと時間インデックスItに基づいたセル位置での処理を終えたものとして、カウント結果の演算を行う。具体的には、波形化処理部15は、その時点のセル位置で取得した判定結果が1の発生回数C1Iv=i,It=jからその時点の1つ前のセル位置で取得した判定結果が1の発生回数C1Iv=i−1,It=jを減算して、隣接セル間の判定結果が1の発生回数C1の差分DIv=i,It=jを全データパターンについて算出する(S107)。
なお、その時点で電圧インデックスIv=1である場合、1つ前のセル位置で取得した判定結果が1の発生回数C1Iv=i−1,It=jは存在しないため、波形化処理部15は、S107の処理は省略する。
その後、波形化処理部15は、現在の電圧インデックスIvが、信号波形のサンプリング結果の波形表示範囲における最大値であるか否かを判断する(S108)。すなわち、その時点の時間インデックスItにおいて繰り返し実行したS103〜S106の処理を終えて、電圧インデックスIvを更新する必要があるか否かを判断する。
現在の電圧インデックスIvがまだ最大値ではないと判断した場合(S108のNo)、波形化処理部15は、電圧インデックスIvの値を「+1」更新設定し、判定結果が1の発生回数C1xyzのカウント値をリセットし(S109)、再びS103からのカウント処理を開始する。
波形化処理部15は、S103〜S109の処理を電圧インデックスIvを順次「+1」ずつ更新しながら繰り返し実行する。すなわち、波形化処理部15は、隣接セル間の、判定結果が1の発生回数C1の差分DIv=i,It=jを全パターンデータ毎に算出する。
S108において、現在の電圧インデックスIvが最大値であると判断した場合(S108のYes)、波形化処理部15は、その時点の時間インデックスItにおける一連の処理を一通り処理し終えたことになるため、次の時間インデックスItでの処理に備えて、電圧インデックスIvに信号波形のサンプリング結果の波形表示範囲における最小値を示す初期値「1」を設定する(S110)。
次いで波形化処理部15は、その時点での時間インデックスItが、信号波形のサンプリング範囲における最大値であるか否かを判断する(S111)。すなわち、繰り返し実行したS103〜S109の処理を終えて、電圧インデックスIvと時間インデックスItで示される信号波形のサンプリング結果の波形表示範囲全体の処理を終えたか否かを判断する。
まだ時間インデックスItが最大値ではなく、処理を終えていないと判断した場合(S111のNo)、波形化処理部15では、時間インデックスItの値を「+1」更新設定し、判定結果が1の発生回数C1xyzのカウント値をリセットし(S112)、再びS103からのカウント処理を開始する。
波形化処理部15は、時間インデックスItを順次「+1」ずつ設定しながら、S103〜S112の処理を繰り返し実行する。すなわち、波形化処理部15は、各時間インデックスItにおける各電圧インデックスIvに対応するように、隣接セル間の、判定結果が1の発生回数C1の差分DIv=i,It=jを全パターンデータ毎に算出する。
S111において、時間インデックスItが最大値であると判断した場合(S111のYes)、波形化処理部15は、電圧インデックスIvと時間インデックスItで示される信号波形のサンプリング結果の波形表示範囲全体の処理を終えたものと判断して、図3の処理を終了する。
波形表示範囲全体の各セル位置における、隣接セル間の、判定結果が1の発生回数C1の差分DIv=i,It=jに関する算出結果を用いて、波形化処理部15では、図2(C)のSum(P1*),Sum(P2*)に相当する値を算出する。すなわち、波形化処理部15は、予め設定された確率密度関数PDFに基づいて符号間干渉の不均一性を低減するような統計処理を実行することで、絶対連続となる信号波形データを算出することができる。
図4は、3ビット、8パターンのパターンフィルタを用い、固定した複数n回のサンプリングで信号波形データを取得した結果を示す。各図はそれぞれ、時間方向のインデックスItの分解能(セル数)を20、電圧方向のインデックスIvの分解能(セル数)を32とした例であり、処理データ数は、8×n×20×32となる。
図4(A)はn=300、図4(B)はn=50、図4(C)はn=20、とした場合の各信号波形データの例を示している。これらの図中、縦軸が電圧(v)、横軸が時間(t)を示し、複数n回のサンプリングで取得した信号波形を重ね合わせて示している。
図4では、最小分割領域である各セルにおいて、信号が出現した頻度に応じた濃淡により信号波形を表現している。本実施形態では、同一のセル位置において、複数n回のサンプリングにより信号が出現した頻度が高いセルをより黒く、信号が出現しなかった頻度が高いセルをより白く、表現している。
図4(A)〜図4(C)に示すように、全体的な傾向として、アイパターンの開口部分を含む全体の信号波形において、サンプリング回数nが多い程、信号が相対的に多く検出されている(=濃度が高くより黒い)セルと、信号があまり検出されていない(=濃度が低くより白い)セルとの分布が明確である。すなわち、信号が相対的に多く検出されているセルが密集した領域において、信号があまり検出されていないセルが存在する確率、またはその逆のセルが存在する確率は共に低いことが理解できる。
しかしながら、信号が相対的に多く検出されているセルであって、特に図中で黒もしくはそれに近いグレーで示すような、信号が出現する頻度が明らかに高く、ほぼ確実に信号が出現していることが予想されるセル群の繋がり方に着目すると、図4(C)に示すように、最も信号波形の取得期間が短いサンプリング数n=20の場合の信号波形データにおいても、アイパターンの開口部分を含む信号全体の波形をほぼ鮮明に描画して表示させることが可能となることが確認できた。
なお、受信信号中のデジタルデータ「1」「0」の発生頻度がいずれか一方に大きく偏っている場合、「1」「0」の発生頻度がほぼ等しいことを前提として波形データを生成するような処理を実行した場合、本来得られる筈の波形とは異なる形状の信号波形のデータを生成してしまうこともあり得る。そのために本実施形態では、連続した3ビットのパターンデータとの比較判定の結果が1となる回数のカウント時に、処理の初期段階で取得した同パターンデータの出現頻度に基づいた上限値を設定し、カウント値が上限値に達した場合にはカウント動作を停止させるものとした。
図5は本実施形態の効果を説明するための、波形データの生成結果を例示する図である。図5(A)は、受信信号中にデジタルデータ「0」がより多く含まれる場合の信号波形を例示している。図5(A)において、信号波形中のアイパターンの開口部分より下側、特に電圧方向でv=6付近が、アイパターンの開口部分より上側、特にv=26〜29周辺の信号波形と比べても、より鮮明な信号波形となっていることが理解できる。
これは、実際に取得したサンプリング回数n回分の受信信号中の一部のm回において、各パターンデータの出現頻度分布を取得した上で(S101)、n回分の受信信号の波形全体を表示させるための処理を行なう際、各パターンデータとの比較判定の結果が1となる回数のカウント時に、同パターンデータの出現頻度に基づいた上限値に到達した場合には、それ以上のカウントを停止するようにした(S104,S105)ことによる。
一方で、前記したような本実施形態による、各パターンデータとの比較判定の結果の回数のカウント動作に上限値を設定する処理を行なわず、受信信号中のビットパターンの出現頻度がほぼ等しいとの前提により、取得した受信信号と各パターンデータとの比較判定を行なうようにした場合、図5(A)と同様の受信信号に対して最終的に得られる信号波形データは図5(B)に示すようなものとなる。
この場合、図5(A)に示した如く、本来は信号波形のアイパターンの開口部分を挟んだ上下で波形を示すセル部分の濃淡が異なる筈であるが、アイパターンの開口部分の上側においても濃い波形が表示される結果となり、受信信号に対応した正しい信号波形の表示が得られない可能性を生じることを示す。
以上詳述したように本実施形態によれば、データサンプラ13への入力信号にかかる負荷の増加を抑えながら、周期性が安定しない入力信号でもセル間の符号間干渉を除去して鮮明な波形表示を行なうことが可能となる。
また本実施形態では、波形表示範囲のそれぞれのセルに対し、連続Xビット、例えば3ビットのデータパターン毎に確率分布を用いる後処理を実行して波形データを生成する構成とした。これにより、波形化処理部15が実行する統計演算の負荷を低く抑えることができる。
また本実施形態では、受信信号中のビットパターンの出現頻度が著しく一方に偏っている場合に備えて、受信信号の一部からパターンデータの出現頻度を検出して、パターンデータとの比較判定の結果をカウントする際に上限を設定する構成とした。これにより、受信信号から抽出するデジタルデータ「1」「0」のビットパターンの出現頻度が偏っている場合にも、受信信号に対応した正しい信号波形を表示させることができる。
なお、本実施形態では、PCIe(登録商標)規格のシリアルインタフェースの物理レイヤにおいて、2線間で差動動作する受信信号を処理する場合について説明したが、これに限らず、シングル動作によるものでも同様に適用することが可能となる。
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10…信号受信装置、11…RX入力ピン、12…イコライザ(EQ)、13…データサンプラ、14…アイモニタ/レーンマージニング(EM+LM)サンプラ、15…波形化処理部、16…CDR(クロックデータリカバリ)部、17…位相補間(PI)部、18…電圧生成部。
Claims (6)
- 入力される受信信号に対して、第1電圧及びクロックタイミングに基づいて第1の2値データを抽出する第1のサンプル回路と、
前記受信信号に対して、調整可能な第2電圧及び前記クロックタイミングに基づいて第2の2値データを抽出する第2のサンプル回路と、
電圧方向と時間方向の2つの座標軸に沿って展開した分割領域毎に、同一のクロックタイミングで電圧方向に隣接する複数の分割領域の数に対応するパターンを用いて前記第2のサンプル回路により複数の前記第2の2値データを取得させ、当該取得した複数の前記第2の2値データ及び前記第1のサンプル回路により抽出された前記第1の2値データに基づく前記受信信号の出現頻度に基づいて統計処理し、当該統計処理の結果に応じた表示処理を施した波形情報を生成する処理部と、
を備える受信装置。 - 前記処理部は、前記パターンを用い、複数回のサンプリングで取得した前記第2の2値データを統計処理して前記波形情報を生成する、請求項1記載の受信装置。
- 前記処理部は、前記パターン毎の出現頻度に応じて、前記第2の2値データの取得と前記統計処理を回数の上限まで繰り返し実行する、請求項2記載の受信装置。
- 前記パターン毎の出現頻度は、前記第1のサンプル回路が抽出する前記第1の2値データ、及び前記第2のサンプル回路が抽出する前記第2の2値データの一部から取得する、請求項3記載の受信装置。
- 前記処理部は、前記複数の分割領域毎に前記受信信号の出現確率に応じて、色相、彩度及び明度の少なくとも1つを用いた表示処理を施した波形情報を生成する請求項1記載の受信装置。
- 入力される受信信号に対して、第1電圧及びクロックタイミングに基づいて第1の2値データを抽出する第1のサンプル工程と、
前記受信信号に対して、調整可能な第2電圧及び前記クロックタイミングに基づいて第2の2値データを抽出する第2のサンプル工程と、
電圧方向と時間方向の2つの座標軸に沿って展開した分割領域毎に、同一のクロックタイミングで電圧方向に隣接する複数の分割領域の数に対応するパターンを用いて前記第2のサンプル工程で複数の前記第2の2値データを取得させ、当該取得した複数の前記第2の2値データ及び前記第1のサンプル工程で抽出された前記第1の2値データに基づく前記受信信号の出現頻度に基づいて統計処理し、当該統計処理の結果に応じた表示処理を施した波形情報を生成する処理工程と、
を有する受信方法。
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