JP7067069B2 - 送信エンファシス決定方法および伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、送信エンファシス決定方法および伝送システムに関する。

半導体の高集積化に伴いコンピュータの高性能化が進む中、ＬＳＩ等の半導体パッケージ内における素子同士の接続時、半導体パッケージを実装したＰＷＢ同士の接続時、および機器同士の接続時などに利用される電気インタフェースの速度も年々向上している。特に、伝送速度が１Ｇｂｐｓを超えると、電気インタフェースの伝送路（たとえば、基板の配線やケーブル）の品質（シグナルインテグリティとも呼ばれる）が、伝送路の電気特性（主に高周波による減衰など）の影響を受けて低下することがある。上記において、ＬＳＩは、Large-Scale Integrationの略である。ＰＷＢは、Printed Wired Boardの略である。Ｇｂｐｓは、Gigabits per secondの略である。

シグナルインテグリティ低下の防止策として、例えば、特許文献１に記載されているようなエンファシス伝送技術（シグナル・コンディショニング技術とも呼ばれる）が知られている。エンファシス伝送技術は、例えば、送信側のエンファシス（送信回路、例えば、送信バッファの回路定数）を適切な値とすることで、シグナルインテグリティの低下を防止する技術である。なお、送信側のエンファシスのことを、以下、「送信エンファシス」と呼ぶ場合がある。エンファシス伝送技術として、プリエンファシスおよびデエンファシスが知られている。プリエンファシスは、差動伝送路で減衰する高周波数成分を送信回路であらかじめ追加して伝送する方式である。一方のデエンファシスは、差動伝送路で減衰する高周波数成分に合わせて、送信回路で低周波成分を削って伝送する方式である。

これまでの送信エンファシスの設定方法は、大別すると以下の２つである。

第１の設定方法は、事前に伝送路全体の電気特性（例えば、減衰量）を把握し、把握した電気特性に基づいて送信エンファシスを決定する方法である。

第２の設定方法は、送信側と受信側とを実際に接続し、実データを伝送させながら受信側における実データの受信品質を測定し、測定結果を所定のアルゴリズムに当てはめることにより、送信エンファシスを決定する方法である。

特開２００６－２４６１９１号公報

第１の設定方法の場合、すべての伝送路の電気特性を事前に把握する必要がある。しかしながら、近年の伝送データ量の増加に伴って半導体同士や機器同士の接続数も増えており、全ての伝送路を事前に把握することは困難となっている。さらに、電気特性の事前把握は一般的には人間により実行され、且つ電気特性は厳密に管理される必要がある。従って、第１の設定方法の場合、人為的ミスによる不具合発生、および作業者への大きな負担が懸念される。

一方、第２の設定方法において送信エンファシスを決める場合、事前に、送信側と受信側でアルゴリズムを合わせておく必要がある。しかしながら、場合によっては、アルゴリズムを合わせることができない場合がある。例えば、伝送距離を延長させるために、送信側と受信側の間に、中継バッファを挿入しようとする際、中継バッファが当該アルゴリズムを保持する機能自体を有していない場合、シグナルインテグリティの低下を防止できなくなってしまう。

さらに、第２の設定方法の場合、測定結果（実データの受信品質）を、受信側から送信側へフィードバックする必要があるが、上述したような中継バッファのように、必ずしもフィードバック機能を有していない機器も存在する。逆に、全ての機器にフィードバック機能を持たせようとするとシステムの全体コストが増大する懸念もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、送信エンファシスを、機器の制約を受けることなく、容易且つ確実に決定することが可能な送信エンファシス決定方法および伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の伝送システムは、送信バッファを備える送信部と、差動伝送の＋ラインおよび－ラインを備える伝送路を介して前記送信部とデータ伝送可能であり、終端抵抗を有する受信バッファを備える受信部と、を備え、前記＋ラインを送信路とし、前記－ラインを受信路とし、さらに、前記終端抵抗の値を実質的に０Ωとすることにより、前記伝送路の状態を、シングルエンドモードにて折り返し伝送可能な状態とし、前記状態の下で、前記送信部は、前記送信バッファの＋側から送信エンファシスを決定するためテストパターン信号を発生させ、前記＋ラインおよび前記－ラインを介して折り返し伝送された前記テストパターン信号の電圧振幅を、前記送信バッファの－側にて測定し、前記電圧振幅から前記伝送路の減衰量を計算し、前記減衰量に基づいて、前記送信エンファシスを決定する。

本発明の送信エンファシス決定方法は、送信バッファを備える送信部と、終端抵抗を有する受信バッファを備える受信部と、を備え、前記送信部と前記受信部とは、差動伝送の＋ラインおよび－ラインを備える伝送路を介して、データを伝送することが可能な伝送システムにおける送信エンファシス決定方法であって、前記＋ラインを送信路とし、前記－ラインを受信路とし、さらに、前記終端抵抗の値を実質的に０Ωとすることにより、前記伝送路の状態を、シングルエンドモードにて折り返し伝送可能な状態とし、前記状態の下で、前記送信部は、前記送信バッファの＋側から送信エンファシスを決定するためテストパターン信号を発生させ、前記＋ラインおよび前記－ラインを介して折り返し伝送された前記テストパターン信号の電圧振幅を、前記送信バッファの－側にて測定し、前記電圧振幅から前記伝送路の減衰量を計算し、前記減衰量に基づいて、前記送信エンファシスを決定することを特徴とする。

本発明によれば、送信エンファシスを、機器の制約を受けることなく、容易且つ確実に決定することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る伝送システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る伝送システムの構成例を示すブロック図である。 図２に示される伝送システムの動作を説明するための図であり、伝送システムのブロック図を用いた図である。 図２に示される伝送システムの動作を説明するための図であり、テストパターン信号の例と図３におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点での各テストパターン信号の波形イメージを示す。 図２に示される伝送システムの動作を説明するための図であり、伝送路の電気特性の一例を示す。 本発明の第３の実施形態に係る伝送システムの送信部を構成する振幅判定回路の構成例を示す回路図である。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る伝送システム１００の構成例を示すブロック図である。

伝送システム１００は、送信部１０２と、受信部１０４と、を備える。送信部１０２は、送信バッファ１０６を備える。受信部１０４は、終端抵抗１０８を有する受信バッファ１１０を備える。送信部１０２は、伝送路１１２を介して、受信部１０４との間でデータ伝送可能である。

伝送路１１２は、差動伝送の＋（ポジティブ）ラインおよび－（ネガティブ）ラインを備える。送信エンファシスを決定する場合、伝送路１１２の状態が、＋ラインを送信路とし、－ラインを受信路とし、さらに、終端抵抗１０８の値を実質的に０Ωとすることにより、シングルエンドモードにて折り返し伝送可能な状態となる。

上記状態の下で、送信部１０２は、送信バッファ１０６の＋側（ポジティブ側）から送信エンファシスを決定するためテストパターン信号を発生させる。送信部１０２は、＋ラインおよび－ラインを介して折り返し伝送されたテストパターン信号の電圧振幅を、送信バッファ１０６の－側（ネガティブ側）にて測定し、電圧振幅から伝送路の減衰量を計算し、減衰量に基づいて、送信エンファシスを決定する。

なお、図１に示す各部の構成および動作、およびテストパターン信号等については、以下の第２の実施形態にて詳細に説明する。

以上説明した第１の実施形態によれば、送信エンファシスは、伝送システム１００によりほぼ自動的に決定される。従って、一般的には人間により実行される、伝送路１１２の電気特性の事前把握等の作業は、不要となる。よって、人為的ミスによる不具合発生率、および作業者の負担を大幅に低減させることが可能となる。さらに、本実施形態によれば、測定結果（例えば、実データの受信品質）を、受信側から送信側へフィードバックする必要はない。従って、例えば、中継バッファのように、必ずしもフィードバック機能を有していない機器に対しても送信エンファシスを設定することが可能となる。

以上を纏めると、第１の実施形態によれば、送信エンファシスを、機器の制約を受けることなく、容易且つ確実に決定することが可能となる。
［第２の実施形態］
（構成の説明）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る伝送システム１０の構成例を示すブロック図である。伝送システム１０は、送信部１２と、受信部１４と、を備える。送信部１２と受信部１４とは、伝送路１６（長さＬ：図３参照）を介して接続される。伝送路１６は、実データを差動伝送するための２本の伝送ライン、すなわち、＋（ポジティブ）ラインと－（ネガティブ）ラインを有する。

伝送システム１０は、例えば、半導体パッケージである。この場合、送信部１２は、半導体パッケージ内の所定の送信回路であり、受信部１４は半導体パッケージ内の所定の受信回路であり、伝送路１６は、半導体パッケージ内の配線である。もちろん、伝送システム１０は、ＰＷＢ同士を接続するシステムであってもよいし、機器同士をケーブルで接続するシステムであってもよい。

送信部１２は、送信バッファ２０と、パターン信号生成回路２２（パターン信号生成手段の一例）と、振幅判定回路２４（振幅判定手段の一例）と、制御回路２６（制御手段の一例）と、エンファシス設定回路２８（エンファシス設定手段の一例）と、を備える。

送信バッファ２０は、複数の伝送モード（「差動伝送モード」および「シングルエンド伝送モード」）にて動作可能である。例えば、実データは、差動伝送モードにて伝送される。一方、後述するテストパターン信号は、シングルエンド伝送モードで伝送される。この場合のシングルエンド伝送モードは、＋ラインを送信ラインとし、－ラインを受信ラインとすることで、テストパターン信号が送信部１２に折り返される「折り返し伝送」のことを指している。

さらに、送信バッファ２０は、エンファシス機能を有している。

パターン信号生成回路２２は、１つ以上のテストパターン信号を生成し、生成したテストパターン信号を送信バッファ２０へ送信する。なお、テストパターン信号は、送信バッファ２０からシングルエンド伝送モードにて送信される。すなわち、テストパターン信号は、送信バッファ２０の＋側から送信され、伝送路１６を往復して、送信バッファ２０の－側で受信される。テストパターン信号の内容および送信開始は、例えば、制御回路２６から指示される。

振幅判定回路２４は、送信バッファ２０の－側と接続される。振幅判定回路２４は、Ｃ点（図３参照）における電圧振幅を測定する。

制御回路２６は、振幅判定回路２４から受信した電圧振幅から、伝送路１６の減衰量を計算する。制御回路２６は、計算した減衰量を、エンファシス設定回路２８へ送信する。また、制御回路２６は、パターン信号生成回路２２に対して、テストパターン信号の内容や送信開始を指示する。

エンファシス設定回路２８は、制御回路２６から受信した減衰量に基づいて、送信エンファシスを決定し、決定した送信エンファシスを送信バッファ２０に設定する。

受信部１４は、受信バッファ４０と、終端抵抗４２と、を備える。

受信バッファ４０は、伝送路１６を介して、差動伝送モードにより、送信部１２から実データを受信する。なお、シングルエンド伝送モードにおいて、送信部１２からテストパターン信号が送信される際、受信バッファ４０は動作していない。

終端抵抗４２は、終端抵抗値が変更可能な抵抗器である。終端抵抗値は、例えば、０Ω（厳密には、０Ωそのものに限らず、０Ωに実質的に近い抵抗値も含まれる）および１００Ω（例えば、差動インピーダンスが１００Ωの場合）のいずれかから選択される。

（動作の説明）
伝送システム１０の動作（送信エンファシス決定方法）について、図３、図４、および図５を用いて説明する。以下の手順（１）～（７）が実施される。なお、手順（１）、（７）の一部には人間による作業が含まれる場合もあるが、少なくともそれ以外の手順（２）～（６）は、伝送システム１０において自動的に実行される。

（１）図３に示されるように、受信部１４において、終端抵抗４２の値は、０Ωに設定される。すなわち、終端抵抗４２の両端子は、ショートされた状態となる。一方、送信バッファ２０の伝送モードは、シングルエンド伝送モードに設定される。

（２）送信部１２の制御回路２６は、パターン信号生成回路２２に対して、テストパターン信号の一例であり、繰り返し波形である低周波トグル信号ｆＬ（０１０１０・・・）を出力するよう指示する。指示を受けたパターン信号生成回路２２は、低周波トグル信号ｆＬを送信バッファ２０に出力する。送信バッファ２０は、自らの＋側から、低周波トグル信号ｆＬをシングルエンドモードにて伝送路１６へ送信する。

図４は、低周波トグル信号ｆＬおよび高周波トグル信号ｆＨの各波形例と、図３に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点における各トグル信号の波形を示す。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧振幅を示す。

（３）送信バッファ２０の－側と接続された振幅判定回路２４は、Ｃ点における、低周波トグル信号ｆＬの電圧振幅を測定する。

（４）制御回路２６は、パターン信号生成回路２２に対して、テストパターン信号の一例であり、繰り返し波形である高周波トグル信号ｆＨ（０１０１・・・）を出力するよう指示する。指示を受けたパターン信号生成回路２２は、高周波トグル信号ｆＨを送信バッファ２０に出力する。送信バッファ２０は、自らの＋側から、高周波トグル信号ｆＨをシングルエンドモードにて伝送路１６へ送信する。高周波トグル信号ｆＨの形状、および各点における電圧振幅は、図４に示される。

（５）振幅判定回路２４は、Ｃ点における、高周波トグル信号ｆＨの電圧振幅を測定する。

（６）制御回路２６は、振幅判定回路２４から受信した、電圧振幅の測定結果から、伝送路１６の減衰量を計算する。折り返し伝送の場合、テストパターン信号の伝送は伝送路１６の往復となるため、その伝送距離は、伝送路１６の長さＬ×２となる。従って、伝送路１６の減衰量は、測定された電圧振幅から計算された減衰量の１／２である。制御回路２６は、計算した減衰量を、エンファシス設定回路２８へ送信する。エンファシス設定回路２８は、制御回路２６から受信した減衰量に基づいて、送信エンファシスを決定し、決定した送信エンファシスを送信バッファ２０に設定する。

（７）受信部１４の終端抵抗４２の値が、０Ωから１００Ωに戻される。さらに、送信バッファ２０の伝送モードがシングルエンド伝送モードから差動伝送モードへと切り換えられる。これらにより、送信部１２と受信部１４との間では、伝送路１６を介して、差動伝送モードにて、実データの伝送が可能となる。

以上説明したように、本実施形態は、以上説明した手順（１）～（７）により、伝送路１６の＋ラインを送信路とし、－ラインを受信路とし、さらに受信部１４の差動間の抵抗を０Ωとすることで、テストパターン信号の折り返し伝送を行う。

さらに、送信部１２は、送信バッファ２０の＋側から、テストパターン信号である、低周波トグル信号ｆＬおよび高周波トグル信号ｆＨを発生させ、送信バッファ２０の－側でそれぞれの電圧振幅を測定する。測定された電圧振幅から伝送の減衰量が計算され、減衰量に基づいて、送信部１２の送信エンファシスが決定される。

図５は、伝送路１６の電気特性の一例を示す。図４において、一点鎖線は、差動伝送時の伝送路１６の周波数特性を示し、実線は、折り返し伝送時（シングルエンド伝送モード時）の伝送路１６の周波数特性を示す。折り返し伝送の場合、データの伝送距離は通常の２倍となる。従って、例えば、高周波トグル信号ｆＨの場合、減衰量は２倍となる。

なお、図２に示される、送信部１２および受信部１４の各機能は、ＩＣ（Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の電子回路で実現されてもよい。あるいは、各構成の機能は、コンピュータ（たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））がメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。もちろん、各構成の機能は、電子回路とコンピュータの組み合わせにて実現されてもよい。

なお、図２では、本実施形態に直接関係の無い構成、例えば、送信部１２において実データを送信バッファ２０に供給するための構成や、受信部１４において受信バッファ４０から出力された実データを処理する構成は、省略されている。

また、エンファシス設定回路２８は、減衰量に基づいて送信エンファシスを決定し、決定した送信エンファシスを送信バッファ２０に設定しているが、これらの決定方法および設定方法は公知であるため、本書での説明は省略する。
（効果の説明）
以上説明した第２の実施形態は、伝送路１６の＋ラインを送信路とし、－ラインを受信路とし、さらに、終端抵抗４２の値を実質的に０Ωとすることにより、伝送路１６の状態を、シングルエンドモードにて折り返し伝送可能な状態とする。そして、この状態の下で、送信部１２は、送信バッファ２０の＋側から送信エンファシスを決定するためテストパターン信号を発生させる。そして、送信部１２は、＋ラインおよび－ラインを介して折り返し伝送されたテストパターン信号の電圧振幅を、送信バッファ２０の－側にて測定し、電圧振幅から伝送路１６の減衰量を計算し、減衰量に基づいて、送信エンファシスを決定している。

以上の構成により、送信エンファシスは伝送システム１０によりほぼ自動的に決定される。従って、一般的には人間により実行される、伝送路１６の電気特性の事前把握等の作業は、不要となる。よって、人為的ミスによる不具合発生率、および作業者の負担を大幅に低減させることが可能となる。さらに、本実施形態は、測定結果（例えば、実データの受信品質）の、受信側から送信側へのフィードバックを必要としない。従って、例えば、中継バッファのように、必ずしもフィードバック機能を有していない機器に対しても送信エンファシスを設定することが可能となる。

以上を纏めると、送信エンファシスを、機器の制約を受けることなく、容易且つ確実に決定することが可能となる。
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係る伝送システムの送信部１２を構成する振幅判定回路５０の構成例を示す回路図である。振幅判定回路５０は、主に、比較回路５２（コンパレータ）を含む。比較回路５２の一方の入力（例えば、＋側）には、データ入力Ｄｉｎが入力される。比較回路５２の他方の入力（例えば、－側）には、比較電圧が入力される。この場合、比較電圧は、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｖｒｅｆで決定される。Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ抵抗を示し、Ｖｒｅｆは、リファレンス電圧を示す。ここで、＋側の入力振幅として、例えば、０．５５Ｖの振幅を検出する場合、Ｖｒｅｆを１．０Ｖとし、Ｒ１、Ｒ２を下記とした場合、以下の条件１～３の３通りの電圧値を比較することが可能となる。比較回路５２の出力Ｏｕｔは、入力が、－側の比較電圧より大きければ、Ｈｉｇｈレベル信号（“１”の信号）を出力し、小さければＬｏｗレベル信号（“０”の信号）を出力する。制御回路２６は、この比較結果を取得し、０と１の境界条件を見て振幅レベルの範囲を判断し、送信エンファシスの設定値へ反映する。

以上説明したように、Ｒ１、Ｒ２の組み合わせの数、すなわち、比較電圧の数を複数、例えば、３つとすることにより、振幅レベルの範囲の分解能が高まり、測定振幅の精度を向上させることができる。Ｒ１とＲ２の組み合わせの数は、必ずしも３つである必要はなく、２つ以下、あるいは４つ以上であってもよい。

条件１：Ｒ１＝１Ｋ、Ｒ２＝０．５Ｋ Ｖｉｎ（－）＝ ０．３３Ｖ、Ｖｉｎ（＋）＝０．５５Ｖ、Ｏｕｔ＝１
条件２：Ｒ１＝１Ｋ、Ｒ２＝１．０Ｋ Ｖｉｎ（－）＝ ０．５０Ｖ、Ｖｉｎ（＋）＝０．５５Ｖ、Ｏｕｔ＝１
条件３：Ｒ１＝１Ｋ、Ｒ２＝１．５Ｋ Ｖｉｎ（－）＝ ０．６０Ｖ Ｖｉｎ（＋）＝０．５５Ｖ、Ｏｕｔ＝０
以上、各実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記各実施形態の記載に限定されない。上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能であることは当業者にとって自明である。従って、そのような変更又は改良を加えた形態もまた本発明の技術的範囲に含まれることは説明するまでもない。また、以上説明した各実施形態において使用される、数値や各構成の名称等は例示的なものであり適宜変更可能である。

１０ 伝送システム
１２ 送信部
１４ 受信部
１６ 伝送路
２０ 送信バッファ
２２ パターン信号生成回路
２４ 振幅判定回路
２６ 制御回路
２８ エンファシス設定回路
４０ 受信バッファ
４２ 終端抵抗
５０ 振幅判定回路
５２ 比較回路
１００ 伝送システム
１０２ 送信部
１０４ 受信部
１０６ 送信バッファ
１０８ 終端抵抗
１１０ 受信バッファ
１１２ 伝送路

Claims (7)

1. 送信バッファを備える送信部と、
   差動伝送の＋ラインおよび－ラインを備える伝送路を介して前記送信部とデータ伝送可能であり、終端抵抗を有する受信バッファを備える受信部と、を備え、
   前記＋ラインを送信路とし、前記－ラインを受信路とし、さらに、前記終端抵抗の値を実質的に０Ωとすることにより、前記伝送路の状態を、シングルエンドモードにて折り返し伝送可能な状態とし、
   前記状態の下で、前記送信部は、前記送信バッファの＋側から送信エンファシスを決定するためテストパターン信号を発生させ、前記＋ラインおよび前記－ラインを介して折り返し伝送された前記テストパターン信号の電圧振幅を、前記送信バッファの－側にて測定し、前記電圧振幅から前記伝送路の減衰量を計算し、前記減衰量に基づいて、前記送信エンファシスを決定する
   ことを特徴とする伝送システム。
2. 前記送信部は、
   前記テストパターン信号を生成し、生成した前記テストパターン信号を前記送信バッファへ送信するパターン信号生成回路と、
   前記送信バッファの前記－側と接続され、前記－側における前記電圧振幅を測定する振幅判定回路と、
   前記振幅判定回路から受信した前記電圧振幅に基づいて、前記伝送路の前記減衰量を計算する制御回路と、
   前記制御回路により計算された前記減衰量に基づいて、前記送信エンファシスを決定し、決定した前記送信エンファシスを前記送信バッファに設定するエンファシス設定回路と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の伝送システム。
3. 前記パターン信号生成回路にて生成される前記テストパターン信号は、繰り返し波形である低周波トグル信号および繰り返し波形である高周波トグル信号を少なくとも含むことを特徴とする請求項２記載の伝送システム。
4. 前記制御回路は、前記電圧振幅から計算された前記減衰量の１／２の値を計算し、計算された当該値を前記伝送路の前記減衰量とすることを特徴とする請求項２または３記載の伝送システム。
5. 前記振幅判定回路は、比較回路を含み、前記比較回路の一方の入力には前記送信バッファの前記－側の信号が入力され、前記比較回路の他方の入力には比較電圧が入力されることを特徴とする請求項２－４のいずれか１項に記載の伝送システム。
6. 前記比較電圧の数は、複数であることを特徴とする請求項５記載の伝送システム。
7. 送信バッファを備える送信部と、終端抵抗を有する受信バッファを備える受信部と、を備え、前記送信部と前記受信部とは、差動伝送の＋ラインおよび－ラインを備える伝送路を介して、データを伝送することが可能な伝送システムにおける送信エンファシス決定方法であって、
   前記＋ラインを送信路とし、前記－ラインを受信路とし、さらに、前記終端抵抗の値を実質的に０Ωとすることにより、前記伝送路の状態を、シングルエンドモードにて折り返し伝送可能な状態とし、
   前記状態の下で、前記送信部は、前記送信バッファの＋側から送信エンファシスを決定するためテストパターン信号を発生させ、前記＋ラインおよび前記－ラインを介して折り返し伝送された前記テストパターン信号の電圧振幅を、前記送信バッファの－側にて測定し、前記電圧振幅から前記伝送路の減衰量を計算し、前記減衰量に基づいて、前記送信エンファシスを決定する
   ことを特徴とする送信エンファシス決定方法。

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