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2004 ADMF安捷倫數位量測論壇紀實
數位高速與設計除錯共舞

【作者: 廖專崇】   2004年11月04日 星期四

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來勢洶洶的艾利颱風,就在8月底直撲台灣而來,造成嚴重的災情不消說,原本已箭在弦上的2004 ADMF安捷倫數位量測論壇,也因為兩天的颱風假而行程大亂,使得主辦單位大費周章的將活動順延到10月5日與7日,分別在台北富邦國際會議中心與新竹交通大學電子與資訊研究中心舉行。在活動舉行當天,卻也沒有因為延期而使得場面變得冷清,可見此論壇的議題內容受業界重視的程度。


ADMF「安捷倫數位量測論壇」亞太區總召集人及發起人NK Chari表示,第一屆亞太區ADMF已陸續在韓國、新加坡、上海與北京舉辦,吸引超過3000名專業人士參與,而台灣的活動則獲得最多廠商共襄盛舉,包括Denali Software、Intel、Microchip、Rambus、Samsung、Xilinx、百佳泰電腦等。


台北的活動共吸引了500多名產業界人士參與,除了論壇的主要議題之外,主辦單位Agilent(安捷倫科技)也藉此發表最新的13 GHz最大即時頻寬和40 GSa/s最大取樣率示波器與探測系統。能協助工程人員順利完成高速序列匯流排、RF和無線產品以及其他超高速電子產品的設計。而這場由安捷倫主辦的技術盛會未來將每年定期舉辦,期待為亞太地區的電子產業帶來更多成長的動能。


高速序列設計與除錯

隨著數位技術的持續發展,從最上游的IC到整體系統的設計都不斷面臨各種新的挑戰。訊號的傳輸從平行到高速序列技術的演變及提升,或許是往後高科技產業的廠商都必須面對的難題。信號完整性、序列解碼與抖動,則是設計人員與工程師必須克服的一些重要的技術問題。在這個場次中,安捷倫、Rambus、Denali、Intel和Samsung等廠商就序列設計與除錯的一些重要議題深入探討;涵蓋的範圍從設計、模擬到規格符合度測試。


由安捷倫主講的Gbps背板信號完整性的設計、模擬與測試,介紹傳輸線效應、阻抗匹配及回返路徑的不連續性等基本概念。接著討論如何在建立原型之前準確地預測設計的信號品質,並回顧模擬結構和目前可用的信號完整性分析工具。而Rambus擔綱主流平台的PCI Express PHY設計需求,PCI Express和Serial ATA等新興高速介面的混合信號特性,對設計來說是一大挑戰。為達到各種系統環境的電氣需求,PHY必須提供超低的隨機抖動、良好的晶片基底雜訊免疫力、以及可程式輸出漂動等。在測試部份,Agilent也以PCI-Express和DDR333為例來除錯高速匯流排的信號完整性的主題,進一部說明這部份的技術重點。


在PCI-Express協定認證測試部分,則由Intel與參加的業界人士來分享,PCI-Express具備與PCI機種的軟體向下相容性,但為了達到提升及擴充的目標,PCI中的基礎層次和模式都已經過改造,這時必須使用適當的工具來確保這些新的層次能夠正確地實作。Denali Software則再就高速介面的預先矽晶片驗證IP做深入的剖析,介紹PCI Express的一些難以驗證的特性,並說明如何利用PureSpec的來處理這些問題,使設計合乎規格並能夠與其他製造商的產品達到相互操作性。


而隨著SerDes等數位元件的資料速率和複雜度的不斷提高,抖動測試在開發的過程中所扮演的角色也越來越吃重,Agilent藉分析1~10 Gbps連接的數位抖動及其成分,介紹分析抖動特性、將抖動分解成次抖動成分以及利用各種工具來加速產品上市的技巧。而為因應多樣化的記憶體應用,市面上出現許多高速DRAM產品。Samsung的高速DRAM技術的發展趨勢討論DRAM的應用與發展趨勢,包括速度、密度、操作電壓、介面的開發、核心效能與封裝。


嵌入式系統設計與除錯

近年來,嵌入式系統的演進使得設計複雜度提高,當然速度也大幅提升。此外,FPGA與標準序列匯流排的採用也是兩大趨勢。在這個場次中,安捷倫、Xilinx、Microchip和NSTL討論嵌入式系統的各種設計與測試問題;涵蓋的內容從FPGA和MCU的整合,到CAN、I2C、SPI、USB、USB-OTG、1394和DVI/HDMI等標準匯流排。


Xilinx就以FPGA技術的發展為題,透過FPGA新架構的介紹,說明新架構的技術優勢與特點。除此之外,FPGA驗證與除錯技術的革新也隨著架構的發展而成長,Agilent就介紹如何運用FPGA動態測試探棒和MSO混合信號示波器的組合,以節省除錯時間。


Controller Area Network(CAN)匯流排標準,是為達到汽車電子系統的需求而開發的,不過,它對於非汽車領域的其他應用也很有幫助。Microchip以CAN開發技術為題,介紹在汽車市場及汽車市場以外的各種匯流排應用中,CAN匯流排的一些重要功能。另外,數位電位計比機械式電位計擁有更多的優點,其程式化能力,可以迅速而可靠地變更偏移、增益和電壓參考電路。但數位電位計全然不同的零件及溫度係數,則是最常被詬病之處。Microchip以電位計的可靠替代方案──數位電位計為題,說明如何透過設計讓問題迎刃而解。


I2C、SPI和CAN等序列匯流排,是嵌入式系統中常用的通訊匯流排。在微控制器、ADC/DCA或記憶體電路中,經常都會用到I2C、SPI和CAN。負責實作這些電子裝置的工程師,必須驗證晶片和/或元件間的交互作用。Agilent介紹使用MSO混合信號示波器來執行I2C、SPI和CAN協定的觸發與解碼,討論MSO混合信號示波器如何協助設計師縮小問題的範圍、直接解碼信號協定以及執行必要的信號完整性量測。


在消費性電子產品中包含許多序列通訊匯流排,像IEEE 1394a/b、DVI、HDMI和USB的使用已經愈見普遍。在除錯消費性電子產品的序列匯流排(1394、DVI/HDMI、USB)這場報告中,Agilent討論以上每一種技術,並說明如何針對這些技術來執行認證測試。另外,百佳泰電腦則更進一步以USB 2.0和USB-OTG的認證測試為題,介紹USB 2.0和USB-OTG的認證測試來說明必須執行的工作,同時也簡單介紹認證測試的程序,並分享在這方面的經驗。


高頻示波器與探測系統

示波器是電子量測工作中應用最廣泛也最普遍的工具,Agilent發展示波器的起步相較於其他公司是比較落後的,該公司設計驗證部門副總裁Ron Nersesian表示,該公司在大約三年前才發表2.25GHz的示波器產品,兩年前進一步發表6GHz的產品,產品的測試頻率與競爭對手相較也都還有部分差距,直到本次發表13GHz最大即時頻寬和40 GSa/s最大取樣率示波器與探測系統,不僅超越10GHz量測頻寬,也超越競爭對手的產品。能完成高速序列匯流排、RF和無線產品以及其他高速電子產品的設計。


台灣的研發設計能力在亞洲地區相當領先,而在進入高速數位設計時代,量測需求也同樣大幅提升,Ron Nersesian該公司的新產品符合下一世代的需求,短時間內不會再開發更高階的產品,反而是著眼於功能的強化與產品線的完整性上。而在市場需求部份,由於最近幾年許多國際大廠紛紛在台灣設立研發中心,投入更多的資源並開發更高階的技術,最近二~三年,其運作能量更是明顯提升,所以在高頻產品上的需求也越來越強勁,Agilent對於此系列產品在台灣的市場也相當有信心。


過去,示波器僅8 GHz的最大即時頻寬,如今13 GHz的即時頻寬,比舊型產品高出50%以上。對高速電子產品設計師來說,將可擁有更高的信號真實度、更準確而可靠的量測以及更佳的測試邊限。該系列也提供各種不同的套裝軟體,讓示波器能夠配合特殊的量測需求,包括第二代抖動分析、含8b/10b解碼的序列資料分析等,另外還針對PCI Express、Ethernet、DVI、HDMI、Fibre Channel、FBD and SATA等標準提供許多認證測試軟體。這些套裝軟體可協助設計師依據自己特殊的測試需求,迅速地找出問題及加以解決。


結語

高科技市場的發展讓研發設計人員的壓力倍增,消費性的走向也讓產品生命週期不斷縮短,市場上時時都有新技術、刻刻都有新產品,所以對於產品開發人員來說,需要不斷充實新知識、方法與觀念的需求也越來越高,「ADMF安捷倫數位量測論壇」就是在這樣的想法之下誕生的,其內涵便是知識分享,對於正站在十字路口的國內高科技產業來說,必然也有相當的引導與幫助,只有更多廠商的支持、業界人士的參與,才可以形成風氣,進而轉化成我國高科技產業的力量,擺脫眼前的困境與不安。


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