IEEE P370 標準 高速PCBインターコネクト用

高速PCBの相互接続は、広帯域信号を扱う際に特に、モデリングとシミュレーションにおいて活発な課題として残り続けています。IEEE P370標準は、50 GHzまでの高速構造体の広帯域Sパラメータを決定する際に多くの設計者が直面する課題に対処するための一歩です。この標準は2015年から作業が進められていましたが、ついに理事会の承認を受け、現行のドラフト標準として登場しました。

では、この標準が対処する課題とは何であり、信号完全性エンジニアはどのように利益を得るのでしょうか？私のような人間であれば、ハイディ・バーンズやジェイソン・エリソンのような人とは異なる方向から信号完全性の問題に取り組むでしょう。信号完全性の一面は、経験モデルや解析式からの予測に関するものであり、もう一方の面は、信号挙動の測定からの評価と特性評価についてです。IEEE P370は、特にPCB上の複雑なテスト構造からの特定の測定を収集することに関して、テストおよび測定側の課題に対処します。

IEEE P370標準を掘り下げる

IEEE P370規格は、50 GHzまでの電気的インターコネクトの特性評価に関する試験および測定手順に取り組んでいます。高周波でのデバイスの試験および測定タスクの一環として、任意の計測器はDUT（試験対象デバイス）とインターフェースする必要があります。高周波計測器である時間領域反射計（TDR）やベクトルネットワークアナライザ（VNA）は、正確な測定を行うために通常同軸コネクタを使用しますが、PCBやその他の電子パッケージ上の多くの実際の構造は、DUTとインターフェースを作成すると一度に同軸ではありません。

標準の一部として、IEEE P370は高速設計の3つの主要な領域におけるインターコネクトのモデリングと特性評価の課題に対処することを目指しています：

• テストフィクスチャの設計。計測器とDUT（この場合、電気的インターコネクト）との間のインターフェースを提供するテストフィクスチャは、測定されたSパラメータが実際のSパラメータと異なる原因となります。デバイスの特性評価に使用される他のパラメータセットにも同様のことが当てはまります。
• ディエンベディング。DUTのSパラメータを取得するプロセスは、ディエンベディングによって行われます。残念ながら、異なる機器やソフトウェアツールには、ディエンベディングのための異なるアルゴリズムがあります。この問題の一部は、DUTとそのテストフィクスチャがカスケードNポートネットワークを形成し、SパラメータはABCDパラメータと同じようにうまくカスケードしないということです。
• Sパラメータの品質を確保する。Sパラメータの品質における3つの主要な問題は、相互性、受動性、および因果性の確保です。

最初の2点を標準化することで、第3の点においてもある程度の標準化に近づきます。この第3の領域である高速インターコネクトモデリングは、広帯域測定の本質的に帯域制限された性質のため、最も経験豊富なエンジニアでさえも難しい課題が残っています。IEEE P370は、以下の表に示された解決策でこれらの不一致に対処することを目指しています。

信号整合性エンジニアにとって、これらの領域がどのように変化する可能性があるか、もう少し詳しく見てみましょう。

テスト構造

このIEEE P370標準の領域は、テスト構造の設計と校正という2つの広い領域に分かれています。標準化されたテスト構造と校正構造を使用することで、異なる（しかし比較可能な）機器を持つ2人の異なるエンジニアが、標準手順を使用して特定のDUTに対して同じSパラメータ結果を生成できることを合理的に保証できます。P370の下で推奨される2xスルーテスト構造については、このSignal Integrity Journalの記事をご覧ください。2xスルー構造と、それがデエンベディングでどのように使用されるかについて学ぶことができます。

IEEE P370には、校正およびフィクスチャのディエンベディング検証に使用できる2つの標準化された構造があります：ライン構造とベーティ標準です。ライン構造は単なる伝送線であり、そのSパラメータはラインのABCDパラメータから決定できます。ベーティ構造は、特定の長さに対して特定のリターンロスと挿入損失スペクトルを持つ、伝送線の中央に位置する共振空洞です。この構造（下記参照）は、そのSパラメータがよく知られているため、テストクーポンやプロトタイプに配置して、計測器の校正に使用できます。

ディエンベディング

ディエンベディング手順は、IEEE P370標準で指定された標準テスト構造の金標準Sパラメータのオープンアクセスライブラリを使用します。テスト構造のSパラメータが既知であるか、標準によって提供されている場合、テスト構造のSパラメータを（DUT + テスト構造）のSパラメータから除去できます。これにより、下記の例に示すように、DUTのSパラメータのみが得られます。

Sパラメータの品質

Sパラメータ行列の品質は、以下の3つの領域で定義されます：

• 因果関係。標準化された方法でインパルス応答を構築する際には、Sパラメータは時間領域応答に因果関係のないアーティファクトを生じさせてはなりません。
• 相互性。もし試験対象のDUTが実際に相互的である場合、Sパラメータもまた相互的でなければなりません。つまり、Sパラメータ行列は自身の転置と等しくなければなりません。
• 受動性。これは相互性と関連しており、相互的なネットワークは受動的なネットワークでもなければなりません。Sパラメータは受動性について評価される必要があり、これは入力信号の強度の関数ではありません。

これらの品質指標に制限を設けることで、コンポーネントのSパラメータデータを受け取る設計者や、PCB上に受動構造を配置する設計者は、シミュレーションが正確であることを確信できます。これは、一貫性のないSパラメータデータという大きな問題を解決します。

PCB上にテスト構造を配置する

ここで概説されている基準は、最終的にフィールドソルバーでのシミュレーションを支援するテストおよび測定の一環としての設計および分析基準に過ぎません。ここで示されたテスト構造でPCBを作成する準備ができたら、Altium Designer®で見つかる高度なPCBレイアウトユーティリティを使用して、高速PCBのための正確なテスト構造を作成できます。また、製造および組み立てのためのボードを迅速に準備することもできます。

IEEE P370準拠のテスト構造を備えたボードまたはテストクーポンを作成したら、Altium 365®プラットフォーム上で設計データを共有できます。これにより、リモートチームと協力し、設計データを管理する簡単な方法が提供されます。Altium DesignerをAltium 365で使用して可能なことの表面をかすめただけです。製品ページでより詳細な機能説明を確認するか、オンデマンドウェビナーのいずれかをチェックできます。