高速デジタルレシーバのコモンモード性能は、モバイルまたはモバイルの影響を受けるアプリケーションにおいて非常に重要です。なぜなら、これらのアプリケーションで動作するレシーバは、グランドバウンス、ワイヤレス干渉、クロストークによる大きな電圧障害を受けることが多いためです。そのため、コモンモードノイズに対する耐性をテストする必要があります。この技術的洞察の概要では、MIPI Alliance® D-PHYSM仕様のコモンモード除去のテストについて説明します。特にこの仕様では、コモンモードノイズはデータ伝送の高速 (HS) 部分のみに適用され、低電力 (LP) 部分には適用されないため、コモンモード除去のテスト要件は二重に困難なものとなっています。

これから示すように、D-PHY のコモンモード妨害除去の従来のテスト方法は、非常に不格好で、必要なカバレッジを提供することができません。しかし、SV5C-DPTX MIPI D-PHYジェネレータを使えば、このテストが簡単にできるようになります。

テスト要件

最新のD-PHY CTS仕様では、D-PHY受信機にコモンモードノイズを注入するために2つの要件があります。1つは、D-PHY伝送の上に50MHzから450MHzの周波数のコモンモード正弦波干渉を注入することです。これは、図1に示すように、MIPI仕様ではDVCMRX(LF)と呼ばれています。

図1: コモンモード干渉試験のMIPI仕様。

第二の要件は、450MHzよりはるかに高い周波数（最大1.33GHz）の正弦波干渉を注入することです。これはDVCMRX(HF)と呼ばれています。どちらの試験でも、D-PHY伝送の低電力（LP）モードはそのままである必要があることが課題です。つまり、ノイズ注入を動的に有効/無効にする必要があり、ナノ秒オーダーの非常に厳しいタイミングが要求されます。また、低電圧スイングのデジタル伝送の上に外部干渉源を物理的に結合することは、特に高データレートでは非常に困難であることも課題です。

レガシーソリューション

上記のテスト要件を満たそうとする最も一般的な方法は、MIPIデータジェネレータと外部正弦波ジェネレータを使用し、それらの出力を結合することです。これを図2に示します。

図2：高速デジタルテストパターンにコモンモードノイズを注入するためのレガシーセットアップ。

シグナルコンバイナーは、通常、図3に示すようなラボ用部品です。見ての通り、コネクタ付きの同軸部品であり、これは既に難題を表しています。D-PHYリンクの4つのレーンとクロックレーンすべてにこのような部品を配置しなければならないことを想像してみてください。このような部品が10個、SMAケーブルが30本必要です。

図3：高速検証実験室で使用される信号結合器の部品例。

プロトコル対応AWG

SV5C-DPTX MIPI Generatorは、プロトコルに対応した任意波形発生器（AWG）を内蔵しているため、上記の制約を全て排除することができます。つまり、MIPIデータジェネレータと同じように高速デジタルテストデータを作成することができ、同時に任意の干渉源を有効にすることが可能で、これらはすべてソフトウェアで制御されます。図 4 は、SV5C-DPTX を用いて、このドキュメントで説明されているテストを実行するためのハードウェアの設定です。このように、ジェネレータと被試験デバイスの間には、いかなる外部コンポーネントも必要ありません。

図4：SV5C-DPTXのセットアップでは、外付け部品は必要ありません。

コモンモード干渉源の制御は、すべてソフトウェアで行うことができます。例えば、図5に示すCommonModeNoiseコンポーネントクラスでは、ノイズタイプやノイズ周波数などのパラメータを指定することができます。

図5：コモンモードノイズ注入パラメータを示すソフトウェアAPI。

最も魅力的なのは、MIPIバスの各ワイヤが、完全にプログラム可能な干渉源を備えていることです。つまり、4レーンのD-PHY受信機をテストする場合、10個の高性能信号源がSV5C-DPTXに内蔵されているのと同じことになるのです! 図6は、各ワイヤがどのように干渉源と関連付けられるかを示しています。

図6：すべての差動レーンの各レグに専用の波形発生器を搭載。

次の2つの図は、MIPI D-PHYの高速データ伝送において、コモンモードノイズ注入がどのように現れるかを示しています。図 7 では、波形の最初のフェーズ（LP フェーズ）はクリーンで、その後、MIPI 信号が LP00 状態から HS-Zero 状態に遷移するときに正弦波が正確に開始されることがわかります。デジタルデータのエッジがまだシャープに保たれていることに注目してください。図 8 は、デジタルデータの波形を拡大したものです。ノイズの影響を受けても、高速エッジのシグナルインテグリティが保証されています。これは、まさに卓越した性能と言えるでしょう。

最後に、図9に高速信号へのノイズの影響を示すオシロスコープのトレースを示します。この図の意図は、高速データのシグナルインテグリティがどのように維持されているかを再度示すことにあります。

図7:波形生成器のプロトコル考慮制御の説明図。

図8：加法性コモンモードノイズがあっても、シャープなエッジを保つデジタルデータ。

図9：送信中のデジタルデータに対するコモンモードノイズの影響を示すオシロスコープの永続表示。

まとめ

この技術的洞察の概要では、MIPI D-PHYレシーバー・アプリケーションのコモンモード干渉テストの要件について説明しました。従来のテスト環境がいかに非効率であるかを示した上で、SV5C-DPTXがこのテストをいかに簡単に行うことができるかを説明しました。SV5C-DPTXは、プロトコルアウェアAWGを搭載しており、干渉源を動的に高精度で切り替えることが可能です。また、出力チャンネルごとに独立したノイズ源を内蔵しており、この難易度の高い試験において、これまでにない試験カバレッジを実現しています。