This dissertation presents and verifies a fast and accurate modeling and investigation approach of the eye-diagram distortion and the DDJ estimation in the single and differential meander delay lines. Crosstalk induced in a single/differential meander delay line produces a significant amount of waveform distortion and DDJ at the output port. This research introduces an interpretation of the eye-diagram distortion and the DDJ generation mechanism based on Time-domain Multi-mode Crosstalk Analysis of coupled multi-conductors including the multi differential pairs. From the proposed Time-domain Multi-mode Crosstalk Analysis, this research proposes DDJ analysis and modeling for both short unit line delay case and long unit line delay case and proposes the DDJ estimation equation for the long unit line delay case. The eye-diagram distortion and the DDJ are predicted and estimated, respectively. In order to verify the DDJ estimation equation, a series of microstrip type Printed Circuit Board (PCB) test vehicles with the single/differential meander delay lines are fabricated and tested. The measured DDJ shows good agreement with the estimated one using the proposed DDJ estimation equation.
본 논문은 고속 인쇄회로 기판에서 커플링이 일어날만큼 가까이 존재하는 평행한 여러 개의 트랜스미션 라인에서 발생하는 크로스톡 현상을 분석하고 모델링하는 새로운 방법인 시간영역 멀티모드 크로스톡 분석 방법을 제안하였다. 또한, 이 새로운 방법에 근거해서 고속 디지털 인쇄회로 기판에서 많이 사용되는 단일 미앤더 지연 회로와 차동 미앤더 지연 회로를 통과한 출력 신호에 발생하는 아이다이어그램 왜곡과 데이터 의존성 지터에 대한 보다 빠르고 정확한 분석과 모델링 방법을 보였고 이를 증명하였다. 단일/차동 미앤더 지연 회로에서 발생하는 크로스톡은 출력 포트에서의 파형에 심각한 양의 왜곡과 데이터 의존성 지터를 발생시킬 수 있는 문제점을 갖고 있다. 기존의 데이터 의존성 지터를 예측하는 방법들은 주파수 영역의 채널 특성을 알고 있거나 그로부터 구한 시간 영역의 impulse response를 알고 있어야만 하고 또한 바로 데이터 의존성 지터나 아이다이어그램의 왜곡을 알 수 있는 것이 아니라 Peak-Distortion-Analysis 등의 시간 영역 상에서 방법을 한 번 더 거쳐야만 한다는 문제점을 갖고 있다.
본 연구에서는 미앤더 지연 회로에서의 아이다이어그램 왜곡과 데이터 의존성 지터를 분석하기 위해서 미앤더 지연 회로를 가까이 존재하는 여러 개의 도체들로 시간적으로 분리한 뒤, 이 때 사용할 수 있는 시간영역 멀티모드 크로스톡 분석 방법에 기초하여 모든 포트에서의 파형들을 구한 뒤 다시 시간적으로 Superposition 함으로써 원하는 모든 파형을 분석하였다. 하나의 step pulse 입력 신호에 대한 미앤더 지연 회로에서의 최종 출력 파형을 분석함으로써 랜덤 데이터 입력 신호에 대한 출력 파형의 아이다이어그램을 예측할 수 있으며 그 왜곡을 분석 및 모델링 할 수 있게 된다. 또한 시간영역 멀티모드 크로스톡 분석 방법으로부터 구해낸 증가된 Rise time과 아이다이어그램 왜곡값을 이용하여 데이터 의존성 지터의 발생현상에 대한 해석 방법 및 예측 방법을 제안한다. 제안된 시간영역 멀티모드 크로스톡 분석 방법으로부터 본 연구는 짧은 기본 지연 경우와 긴 기본 지연 경우 두 가지로 나누어서 데이터 의존성 지터의 분석방법과 모델링 방법을 제안하고 있으며, 긴 기본 지연 경우에서는 데이터 의존성 지터를 예측할 수 있는 수식을 제안하였다.
따라서, 제안된 분석방법과 제안된 수식으로부터 아이다이어그램 왜곡과 데이터 의존성 지터 모두 예측이 가능하다. 제안된 데이터 의존성 지터 예측 수식을 검증하기 위해, 여러 개의 단일/차동 미앤더 지연 회로를 갖는 마이크로스트립 타입의 인쇄회로기판 테스트 샘플을 제작하였고 그 특성을 측정하였다. 측정된 아이다이어그램의 형태는 예측된 아이다이어그램의 형태와 매우 유사하였으며, 예측된 아이다이어그램의 왜곡값과 측정된 왜곡값 역시 비슷한 결과를 보였다. 측정된 데이터 의존성 지터는 제안된 데이터 의존성 지터 예측 수식을 사용하여 예측된 값과 아주 유사한 값을 보였으며 그 증가하는 경향성도 같음을 보임으로써 그 유용성이 검증되었다.
제안된 분석과 모델링 방법은 모두 시간영역에서 분석이 이루어지기 때문에, 실험적 결과와 정확도 측면에서 우수한 결과를 나타낸다. 아울러 기존의 일반 채널에서의 데이터 의존성 지터를 예측하는 방법들과 비교하여 예측 시간을 크게 줄일 수 있었으며, 검증을 통해 기존의 방법과 비교하여 93.7%의 예측 시간 단축 효과를 얻었다.
