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本論文電子全文於2019-08-15起於校外公開使用
本論文紙本於2019-08-15起公開使用
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| 系統識別號 | U0002-2307201913153500 |
|---|---|
| DOI | 10.6846/TKU.2019.00729 |
| 論文名稱(中文) | USB3.0 訊號完整度與Choke 匹配差異研究 |
| 論文名稱(英文) | Research on the Difference between USB3.0 Signal Integrity and Choke Matching |
| 第三語言論文名稱 | |
| 校院名稱 | 淡江大學 |
| 系所名稱(中文) | 電機工程學系碩士在職專班 |
| 系所名稱(英文) | Department of Electrical and Computer Engineering |
| 外國學位學校名稱 | |
| 外國學位學院名稱 | |
| 外國學位研究所名稱 | |
| 學年度 | 107 |
| 學期 | 2 |
| 出版年 | 108 |
| 研究生(中文) | 鄭士強 |
| 研究生(英文) | Shih-Chiang Cheng |
| 學號 | 706440038 |
| 學位類別 | 碩士 |
| 語言別 | 繁體中文 |
| 第二語言別 | |
| 口試日期 | 2019-06-20 |
| 論文頁數 | 99頁 |
| 口試委員 |
指導教授
-
劉寅春
委員 - 江東昇 委員 - 邱謙松 |
| 關鍵字(中) |
USB3.0 Choke 訊號模擬 System SI Power SI |
| 關鍵字(英) |
USB3.0 Choke System SI Power SI |
| 第三語言關鍵字 | |
| 學科別分類 | |
| 中文摘要 |
本論文提出，應用 QUALCOMM SDM660 集成晶片平台及整體線路路徑經 過的零組件，包含PCB 電路板及不同電阻值的共模電感、電容、電子連接器之參數，並套用至 Power SI 軟體建立零組件之模組化並取得其 S 參數，再應用System SI 軟體做 USB3.0 整體訊號模擬及規劃，並分析出不同電阻值的共模電感對於高速訊號的影響程度，此做法能夠讓操作者在 PCB 電路板尚未定案前，就能夠提早知道在此情況下的訊號走線和使用零件(共模電感、電子連接器)對於高速訊號的優劣影響程度，也可以及早對此作出修正，並可以降低生產成本及研發成本，也可增加研發速度，最後再利用高頻寬示波器對待測物實際量測，驗證模擬結果。 |
| 英文摘要 |
This paper uses the QUALCOMM SDM 660 CPU and other components to construct an overall circuit path, including the PCB, Common Mode Choke with different resistance values, and Connector. The proposed method uses Power SI software to build modulation for all components and calculate the S parameter. Then use System SI software to do USB3.0 overall signal simulation, and analyze the impact of Choke with different resistance values on super-speed signals. This method allows operators to know the situation before the PCB fixed. The following signal routing and components(such as Choke, and Connector)can also be corrected early. This method not only can reduce production costs and development costs, but also can increase the speed of research and development. Finally to make the method more reliable, so we verify the simulation result in this method by using the high-bandwidth oscilloscope for actual measurement. |
| 第三語言摘要 | |
| 論文目次 |
目錄 誌謝 .................................................................................................... I 中文摘要 ........................................................................................... II ABSTRACT ..................................................................................... III 目錄 ................................................................................................... V 圖目錄 ........................................................................................... VIII 表目錄 ........................................................................................... XIII 第一章 緒論………………….……………………………………1 1.1 研究動機 ..................................................................................... 1 1.2 研究目的 ..................................................................................... 5 1.3 研究方法 ..................................................................................... 6 1.4 本文大綱 ..................................................................................... 7 第二章 背景介紹…………….……………………………………8 2.1 USB 訊號簡介 ............................................................................. 8 2.1.1 USB 發展 ...................................................................................... 8 2.1.2 USB 1.0 ......................................................................................... 9 2.1.3 USB 2.0 ....................................................................................... 10 2.1.4 USB 3.0 ....................................................................................... 13 2.2 共模電感簡介(Common Mode Choke) ................................... 18 2.3 眼狀圖簡介 (Eye Diagram) ..................................................... 19 2.4 抖動簡介 (Jitter) ...................................................................... 22 2.5 輸入輸出緩沖器信息標準 (IBIS model) ............................... 23 2.6 S 參數 (Scatter) ......................................................................... 23 第三章 環境介紹…………….…………………………..………26 3.1 SDM 660 .................................................................................... 26 3.1.1 SDM 660 簡介 ............................................................................ 26 3.1.2 SDM660 訊號布局規範簡介 ...................................................... 27 3.1.3 USB 3.0 訊號佈局規劃簡介 ....................................................... 31 3.2 Sigrity Power SI 簡介 ................................................................ 33 3.3 Sigrity System SI 簡介 .............................................................. 34 3.4 示波器簡介 ............................................................................... 35 第四章 實驗架構與操作流程介紹……………………...………40 4.1 實驗流程簡介 ........................................................................... 40 4.2 模擬軟體操作簡介 ................................................................... 42 4.2.1 SPDLinks 與Sigrity Power SI 軟體設定簡介 ........................... 42 4.2.2 Sigrity System SI 軟體設定簡介 ................................................. 53 4.2.3 示波器相關設定及操作 ............................................................ 69 第五章 研究結果與比較分析.………………………..…………76 5.1 USB 3.0 高速訊號之模擬 ......................................................... 76 5.1.1 原始模擬數據 ............................................................................ 76 5.1.2 增加驗證對策 ............................................................................ 77 5.1.3 尋找適合之對策 ........................................................................ 79 5.2 實際量測結果比對 ................................................................... 84 5.2.1 量測結果與比較 ........................................................................ 84 第六章 結論與未來展望…….…………………………………..95 圖目錄 圖 1-1 USB 3.0 應用於平板電腦之範例 ...................................................... 2 圖 1-2 USB2.0 眼狀圖範例 ......................................................................... 2 圖 1-3 專案流程示意 ................................................................................... 4 圖 2-1 USB 1.0 與 USB 1.1 協會 LOGO 標示 ........................................... 9 圖 2-2 USB 2.0 電子連接器母端示意........................................................ 11 圖 2-3 USB 2.0 電子連接器母端腳位順序 ................................................ 12 圖 2-4 USB 2.0 協會 LOGO 標示 .............................................................. 13 圖 2-5 USB 3.0 電子連接器母端示意........................................................ 15 圖 2-6 USB 3.0 電子連接器母端腳位順序 ................................................ 16 圖 2-7 USB 3.0 Gen1 協會 LOGO 標示 ..................................................... 17 圖 2-8 USB 3.0 資料傳輸模式介紹 ........................................................... 17 圖 2-9 共模電感示意圖 .............................................................................. 19 圖 2-10 眼高及眼寬示意圖 ........................................................................ 21 圖 2-11 抖動示意圖 .................................................................................... 22 圖 2-12 S11 與S21 示意圖 1 ...................................................................... 24 圖 2-13 S11 與S21 示意圖 2 .................................................................... 25 圖 3-1 USB 3.0 訊號長度示意圖 ............................................................... 29 圖 3-2 USB 3.0 訊號間距示意圖 ............................................................... 30 圖 3-3 USB 3.0 訊號折彎示意圖 ............................................................... 30 圖 3-4 USB 3.0 訊號過Via 孔示意圖 ........................................................ 31 圖 3-5 USB 3.0 訊號布局示意圖 .............................................................. 32 圖 3-6 Power SI 模擬示意圖 ...................................................................... 33 圖 3-7 System SI 模擬示意圖 ..................................................................... 34 圖 3-8 USB 3.0 眼圖量測方法介紹 ........................................................... 35 圖 3-9 Keysight Technologies 示波器型號 ................................................. 36 圖 3-10 示波器架構示意圖 ........................................................................ 37 圖 3-11 示波器架構示意圖 ........................................................................ 38 圖 3-12 示波器架構示意圖 ........................................................................ 39 圖 4-1 實驗流程及步驟 .............................................................................. 41 圖 4-2 SPDLinks 圖示 ................................................................................ 42 圖 4-3 SPDLinks 圖示 ................................................................................ 43 圖 4-4 Power SI 圖示 .................................................................................. 43 圖 4-5 Power SI 軟體開啟圖示 .................................................................. 44 圖 4-6 Power SI 軟體疊構設定圖示 .......................................................... 44 圖 4-7 Power SI 軟體電路板參數設定圖示 ............................................... 45 圖 4-8 Power SI 軟體建立模擬訊號圖示 1 ................................................ 46 圖 4-9 Power SI 軟體建立模擬訊號圖示 2 ................................................ 46 圖 4-10 Power SI 軟體建立模擬訊號圖示 3 .............................................. 47 圖 4-11 Power SI 軟體建立模擬訊號圖示 4 .............................................. 48 圖 4-12 Power SI 軟體套入電容參數1 ...................................................... 49 圖 4-13 Power SI 軟體套入電容參數2 ...................................................... 49 圖 4-14 Power SI 軟體套入電容參數3 ...................................................... 50 圖 4-15 Power SI 軟體套入共模電感參數 1 .............................................. 51 圖 4-16 Power SI 軟體套入共模電感參數 2 .............................................. 51 圖 4-17 Power SI 軟體套入共模電感參數 3 .............................................. 52 圖 4-18 Power SI 軟體設定模擬之訊號頻率 ............................................. 52 圖 4-19 Power SI 軟體欲開啟模擬處 ........................................................ 53 圖 4-20 Power SI 軟體模擬之S 參數曲線圖 ............................................. 53 圖 4-21 System SI 軟體圖示....................................................................... 54 圖 4-22 System SI 軟體設定1 .................................................................... 54 圖 4-23 System SI 軟體設定2 .................................................................... 54 圖 4-24 System SI 軟體設定3 .................................................................... 55 圖 4-25 System SI 軟體設定4 .................................................................... 55 圖 4-26 System SI 軟體設定5 .................................................................... 56 圖 4-27 System SI 軟體新增 TX 模組1 ..................................................... 56 圖 4-28 System SI 軟體新增 TX 模組2 ..................................................... 57 圖 4-29 System SI 軟體套入 CPU IBIS model 1 ........................................ 57 圖 4-30 System SI 軟體套入 CPU IBIS model 2 ........................................ 58 圖 4-31 System SI 軟體套入 CPU IBIS model 3 ........................................ 58 圖 4-32 System SI 軟體套入 CPU IBIS model 4 ........................................ 59 圖 4-33 System SI 軟體套入 CPU IBIS model 5 ........................................ 59 圖 4-34 System SI 軟體建立 S 參數 1 ........................................................ 60 圖 4-35 System SI 軟體建立 S 參數 2 ........................................................ 61 圖 4-36 System SI 軟體建立 S 參數 3 ........................................................ 61 圖 4-37 System SI 軟體建立 S 參數 4 ........................................................ 62 圖 4-38 System SI 軟體建立 S 參數 5 ........................................................ 62 圖 4-39 System SI 軟體建立 S 參數 6 ........................................................ 63 圖 4-40 System SI 軟體修改模組名稱 ....................................................... 63 圖 4-41 System SI 軟體建立 RX 模組1 .................................................... 64 圖 4-42 System SI 軟體建立 RX 模組2 .................................................... 65 圖 4-43 System SI 軟體建立 RX 模組3 .................................................... 65 圖 4-44 System SI 軟體建立 RX 模組4 .................................................... 65 圖 4-45 System SI 軟體建立 RX 模組5 .................................................... 66 圖 4-46 System SI 軟體模組線路連接1 .................................................... 67 圖 4-47 System SI 軟體模組線路連接2 .................................................... 67 圖 4-48 System SI 軟體測試 Pattern 設定 1 ............................................... 68 圖 4-49 System SI 軟體測試 Pattern 設定 2 ............................................... 68 圖 4-50 System SI 軟體模擬結果圖示 ....................................................... 69 圖 4-51 USB 3.0 眼狀圖測試程式 ............................................................. 70 圖 4-52 步驟 1 ........................................................................................... 71 圖 4-53 步驟 2 ........................................................................................... 71 圖 4-54 步驟 3 ........................................................................................... 72 圖 4-55 步驟 4 ........................................................................................... 72 圖 4-56 步驟 5 ........................................................................................... 73 圖 4-57 步驟 6 ........................................................................................... 74 圖 4-58 步驟 7 ........................................................................................... 75 圖 5-1 90 OHM 共模電感眼圖模擬圖型 ................................................... 77 圖 5-2 0 OHM 電阻值眼圖模擬圖型 ......................................................... 79 圖 5-3 90 OHM 共模電感頻率響應曲線圖 .............................................. 80 圖 5-4 共模電感頻率響應曲線圖 .............................................................. 81 圖 5-5 1.5 OHM 共模電感眼圖模擬圖型 .................................................. 82 圖 5-6 1.7 OHM 共模電感眼圖模擬圖型 .................................................. 83 圖 5-7 8 OHM 共模電感眼圖模擬圖型 ..................................................... 83 圖 5-8 5G Short Channel Template Test 1 (90ohm) ..................................... 85 圖 5-9 5G Short Channel Template Test 2 (90ohm) ..................................... 86 圖 5-10 5G Short Channel Template Test 1 (0ohm) ..................................... 87 圖 5-11 5G Short Channel Template Test 2 (0ohm) ..................................... 88 圖 5-12 5G Short Channel Template Test 1 (1.5ohm) .................................. 89 圖 5-13 5G Short Channel Template Test 2 (1.5ohm) .................................. 90 圖 5-14 5G Short Channel Template Test 1 (1.7ohm) .................................. 91 圖 5-15 5G Short Channel Template Test 2 (1.7ohm) .................................. 92 圖 5-16 5G Short Channel Template Test 1 (8ohm) ..................................... 93 圖 5-17 5G Short Channel Template Test 2 (8ohm) ..................................... 94 表目錄 表 2-1 USB 2.0 電子連接器母端腳位定義 ................................................ 12 表 2-2 USB 3.0 電子連接器母端腳位定義 ................................................ 16 表 3-1 SDM 660 規格簡介 ......................................................................... 27 |
| 參考文獻 |
參考文獻 [1] EE Times Taiwan 電子工程專輯，針對電子工程相關技術、產品設計、 功能測試、產業資訊、科技趨勢等資訊， https://www.eettaiwan.com/news/article/20181126TA31-Reduce-circuit-E MI-combat-strategy [2] 高通公司官方網站，從事積體電路設計及無線通訊技術的科技公司， 主要研發手機和平板之晶片研發， https://www.qualcomm.com/products/snapdragon-660-mobile-platform [3] USB 協會官方網站，從事 USB 標準規範的制定， https://www.usb.org/sites/default/files/usb-if_logo_usage_guidelines_final _as_of_august_3_2018_locked.pdf [4] 洪世勳,"USB 3.0 接頭與纜線之模型建立與分析,"碩士論文,電腦與通 訊工程研究所,國立高雄第一科技大學, 2010 [5] 維基百科，USB， https://zh.wikipedia.org/wiki/USB [6] 國家儀器公司官方網站，從事各領域的自動化測試與自動化量測的科 技公司， http://www.ni.com/zh-tw/innovations/white-papers/06/digital-timing--cloc k-signals--jitter--hystereisis--and-eye-diag.html [7] 映陽科技公司官方網站，從事電子設計及檢測相關軟體的科技公司， http://www.graser.com.tw/product_sigrity_powersi.htm [8] 映陽科技公司官方網站，從事電子設計及檢測相關軟體的科技公司， http://www.graser.com.tw/product_sigrity_systemsi.htm [9] 是德科技公司官方網站，從事儀器及儀表和相關軟體的高科技公司主 要研發各領與的測試儀器及測試軟體， https://www.keysight.com/zh-TW/pd-1820633-pn-DSAX91604A/infiniiu m-high-performance-oscilloscope-16-ghz?nid=-32299.931870&cc=TW&l c=cht [10] 村田公司官方網站，從事電子原料設計及製造，主要應用於各電子產品中， https://www.murata.com/zh-cn/products/productdetail?cate=luNoiseSuppr FilteChipCommoModeChokeCoil&partno=NFP0QHB372HS2%23 [11] 村田公司官方網站，從事電子原料設計及製造，主要應用於各電子產 品中， https://www.murata.com/zh-cn?intcid5=com_xxx_xxx_cmn_hd_xxx [12] 亞德諾半導體技術有限公司，從事半導體裝置生產，主要為製造消費 型與工業型晶片， http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5965-7707ZHA.pdf?id=1000 000359:epsg:apn [13] 是德科技公司官方網站，從事儀器及儀表和相關軟體的高科技公司主要研發各領與的測試儀器及測試軟體， http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5965-7707ZHA.pdf?id=1000 000359:epsg:apn |
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