[SI-LIST] Re: measuring low levels of skew

  • From: "Schachner, Joseph" <Joseph.Schachner@xxxxxxxxxxxx>
  • To: "si-list@xxxxxxxxxxxxx" <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 13 Jul 2017 18:41:07 +0000

I must be a scope guy.  I realize that a VNA  (or TDR) will give you the 
difference in electrical length of traces on your board, but I'd like to 
suggest that if you actually want to know what the skew of the two signals 
arriving at the receiving end of those lines will be, you also need to consider 
the skew from the transmitting chip and its package.
In PCIe land, we do use the signal out of the DUT to deskew:

Device + --> cable1 ---> C1
Device -  --> cable2 --> C2

Invert C2 and measure skew.  That's device skew + cable skew + scope channel 
skew

Then switch the cables at the device:
Device + ---> cable 2 --> C2
Device - ---> Cable 1 --> C1

Now the skew you measure is  -Device skew + cable skew + scope channel skew. 
Each skew measurements is averaged from multiple sweeps. 

Add these skew values together, you get  2 * (cable skew + scope channel skew). 
 The +Device skew and -Device skew cancel. 
Subtract them, and you get 2 * Device skew.  
We compensate for the cable + scope  channel skew, not for the device skew.  

My point in saying all this is that in my experience the device (DUT)'s skew is 
usually not zero, despite people's best efforts to match the trace lengths from 
the chip to the connector that plugs into the fixture, and from the connector 
to SMP connectors on the fixture. It is very small usually, but not zero.

--- Joe S. 

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Iliya Zamek
Sent: Thursday, July 13, 2017 12:27 AM
To: buenoshun@xxxxxxxxx; Chris.Scholz@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Cc: tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx; dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx; si-list 
<si-list@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: [SI-LIST] Re: measuring low levels of skew

Hi Istvan,
It would be interesting to see your experimental results. These are some more 
thoughts about measurements: two TDR triggered simultaneously from the same 
oscilloscope Timebase, working in parallel, should remove timebase low 
frequency noise and jitter; some additional noise due to added second TDR might 
be removed by averaging; Flicker noise and jitter between two TDRs hope will 
cancel each other if TDRs are identical; keeping reference trace on the same 
board helps compensate for the temperature variations.
Good luck at your measurements.
Thank you.
Iliya 
      From: Istvan Nagy <buenoshun@xxxxxxxxx>
 To: Chris.Scholz@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Cc: tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx; dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx; si-list 
<si-list@xxxxxxxxxxxxx>
 Sent: Tuesday, July 11, 2017 9:40 AM
 Subject: [SI-LIST] Re: measuring low levels of skew
   
Hi,
The IF bandwidth was 1kHz on the VNA. Agilent PNA 10M-40G.
So to determine the delay, I measured the frequency of the 10th harmonic 
resonance on gain-S11. Would it be more accurate to look at phase-S11 instead?

As Iliya Zamek suggested, I will look into doing differential measurements, 
although my test board does not have diffpairs but lots of parallel 
single-ended traces nearby. This seems to be a good idea to eliminate time base 
issues, for the TDR-based test. This would require 2 separate probes with 
separate cables. I use single-ended to eliminate design-specific detail while 
analyzing a material.

Some papers mentioned measuring 2-3ps skew as the end result. I wonder whether 
they just did lots of measurements and did averaging? The problem with 
averaging is it hides the deviation from the average on each board. Instead of 
averaging many boards, I would measure many boards and write down the worst 
numbers. In engineering we design for worst case scenario.

Regards,
Istvan Nagy


From: Chris.Scholz@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Sent: Saturday, July 08, 2017 3:50 PM
To: buenoshun@xxxxxxxxx
Cc: tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx ; dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx ; si-list
Subject: Re: [SI-LIST] Re: measuring low levels of skew

István, 

Thanks for the additional information! Can you tell us what bandwidth (also 
called IF bandwidth) you are using on your VNA?


Chris



Sent from my iPhone

On Jul 8, 2017, at 16:29, Istvan Nagy <buenoshun@xxxxxxxxx> wrote:

Hi,
I sent this email yesterday, but it might have been scrambled. It 
looks scrambled in the si-list archive page. resending...
https://www.freelists.org/post/si-list/measuring-low-levels-of-skew,14

Its not really periodic, its random wander and schizophrenic shaking. 
In 1 sec it drifts by several ps on the screen.
The problem is, I need to measure single ended traces, 12" each, to 
find min and max tpd to calculate max worst case skew. With diffpairs 
I would have to measure too many boards and the glass pitch and its 
variation would influence it too.

So I might be seeing 2-3 effects:
- Tdr measurement real time wander and random noise, while probe steady.
- vna micro probe lift up, release down on same trace (viewing in
microscope) the the resonant freq changes.
- Even without lifting up, the next vna measurement changes.

The tdr aas hand held, the vna was solid heavy fixed microprobe.

vna Settings. First I checked where the 10 th harmonic was, around 6 ghz. 
Then zoom into 5.8...6.1 ghz and scan with 30...100k points. To get 
accurate distinction of frequency measurement. That takes some time. 
10...30 sec

Regards, Istvan Nagy



-----Original Message-----
From: Tom Dagostino
Sent: Friday, July 07, 2017 3:33 PM
To: dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx ; 'Istvan Nagy' ; 'si-list'
Subject: RE: [SI-LIST] Re: measuring low levels of skew

Jeff

I've been beating my head against this issue for years and a lot lately. 
From the same TDR head I see the two channels move together with very 
little drift if any between them. If I put all 4 of my TDR channels 
up, again they all move in unison. I think this in in the timebase, 
not the receivers or TDR pulses. And it seems to be related to ambient 
temperature. Could this
1 sec variation Istvan is seeing related to air conditioners cycling?

Tom Dagostino
971-279-5325
tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx

Teraspeed Labs
9999 SW Wilshire Street
Suite 102
Portland, OR 97225


-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx 
[mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Loyer, Jeff ;
(Redacted sender "jwloyer" for DMARC)
Sent: Friday, July 07, 2017 3:05 PM
To: tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx; 'Istvan Nagy'; 'si-list'
Subject: [SI-LIST] Re: measuring low levels of skew

Hi Tom - good to hear from you. I'm remembering this from a few years 
ago, but as I recall I was looking at the two waveforms from adjacent 
channels of the same head excited differentially, one flipped 
mathematically and the skew calculated automatically. I lined them up 
exactly but as I watched, they would drift apart and the skew would 
become non-zero, even using a lot of averaging. Of course, you have 
access to those same scopes and can check, maybe I'm remembering 
incorrectly. But, it appears Istvan is seeing something similar.
Jeff Loyer

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx 
[mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Tom Dagostino
Sent: Friday, July 07, 2017 2:54 PM
To: dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx; 'Istvan Nagy' <buenoshun@xxxxxxxxx>; 
'si-list' <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: [SI-LIST] Re: measuring low levels of skew

There tends to be some timebase wander in sampling scopes. If you look 
at an open or some other feature over long periods of time you will 
see its location drift back and forth on the screen. But generally all 
of the scope channels drift at the same rate so making a skew 
measurement between two channels the drift does not affect the skew. 
The drift is random in my experience, I've not seen anything with periodic 
drift as you describe.

Regards

Tom Dagostino
971-279-5325
tom@xxxxxxxxxxxxxxxxx

Teraspeed Labs
9999 SW Wilshire Street
Suite 102
Portland, OR 97225


-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx 
[mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On Behalf Of Loyer, Jeff ;
(Redacted sender "jwloyer" for DMARC)
Sent: Friday, July 07, 2017 2:17 PM
To: Istvan Nagy; si-list
Subject: [SI-LIST] Re: measuring low levels of skew

Ah - that makes sense. And that agrees with my experience when using TDR. 
It had nothing to do with probes since I also saw it when using only cables. 
As I recall, it was less than a ps, but not by much.
Jeff Loyer


-----Original Message-----
From: Istvan Nagy [mailto:buenoshun@xxxxxxxxx]
Sent: Friday, July 07, 2017 1:20 PM
To: si-list <si-list@xxxxxxxxxxxxx>; Loyer, Jeff <jwloyer@xxxxxxxxxx>
Subject: RE: [SI-LIST] measuring low levels of skew

Actually by 1 sec I meant 1 sec.
with the tdr I can view the results real time, but it seems to be 
modulated by some noise. 1254ps... 1259ps... 1251ps... varies at about 
1 second rate, on the same trace as I hold the probe.
The vna measurement takes about 30 sec to complete ( not hand held), 
and each completion has a different result. At a variance of 8 ps roughly.

Regards, Istvan Nagy

Sent from my BLU smartphone device
On Jul 7, 2017 11:45 AM, "Loyer, Jeff" <jwloyer@xxxxxxxxxx> wrote:

As I recall, this could be a DesignCon paper all by itself. When we 
did our work on the Fiberweave effect (DesignCon 2007 paper) 
measuring TDR skew was a challenge. Eventually we were able to 
construct a TDR de-skew method that got us close so we could do a lot 
of measurements quickly, but I found TDT more accurate for final results 
since a reliable "standard"
was easy to construct (a very short "thru" between transmit and receive). 
Since we were interested in differential signaling skew, we only 
looked at differential excitation, inverted one of the signals using 
the math function for skew measurements.

Like Scott said, measure them at some convenient voltage (I would use 
a lower voltage, 1/4 of full swing, especially for microstrip). If 
you've looked at microstrip waveforms, you've noticed distortion 
between the positive and negative waveforms when there is skew. The 
slower waveform has a "dip" in it (FEXT) before it rises, making time 
comparisons a bit ambiguous. This makes me think that group delay 
might be a better method of deducing skew.

If you're looking for sub-ps (I assume by "~1sec" you mean "~1ps") 
resolution, that's also going to take a lot of averaging and no 
changes/movement between calibration and measurement. It's not hard 
to induce a femtosecond or two (or several hundred) of skew.

Jeff Loyer

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx 
[mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx]
On Behalf Of Istvan Nagy
Sent: Friday, July 07, 2017 10:08 AM
To: si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] measuring low levels of skew

Hi,

How do you guys measure skew on PCBs in the 2ps range?

We just made a test board, tried to measure skew but the results 
varied randomly by +/-8ps. The test board had very good spread glass. 
So I'm worried that the measurement inaccuracy was larger than the 
actual value to be measured.
Actually the measurement was single-ended delay measurement with TDR 
(20GHz TDR scope), then it was redone with a VNA as well. Both had 
similar results.
With the 65GHz VNA (65GHz probes under microscope) the measurement 
was for frequency of dips on S11, then converted to delay. Different 
traces had different delay, even at the same length, due to skew, as 
expected. But the actual number varied over time (~1sec) too.

Is there a better setup to get lets say 1ps accuracy? What instrument 
to use, or what's the secret?
Do you measure delay on each leg, or measure diffpairs for skew directly?

Regards,
Istvan Nagy


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum is accessible at:
http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
//www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
http://www.qsl.net/wb6tpu


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum is accessible at:
http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
//www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
http://www.qsl.net/wb6tpu


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum is accessible at:
http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
//www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
http://www.qsl.net/wb6tpu


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum is accessible at:
http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
//www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
http://www.qsl.net/wb6tpu

------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum is accessible at:
http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at: 
//www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
http://www.qsl.net/wb6tpu


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
              http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
        //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
         http://www.qsl.net/wb6tpu
  



   
------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

Other related posts: