matlab-model-serdes-systems

SerDes システムのモデリングとシミュレーション

SerDes Toolbox を使用して、高速シリアルリンクモデルを設計、解析し、提供します。 アーキテクチャの検討から IBIS-AMI モデルの生成まで、NRZ および PAM-N リンク（PAM3 から PAM16）向けのワークフロー全体をカバーします。

使用する場面

システム設計とアーキテクチャの検討

• 目標データレート、信号方式（NRZ、PAM4、PAM-N）、チャネル損失に合わせた SerDes リンクの設計
• イコライゼーションアーキテクチャ（FFE、CTLE、DFE）の評価とタップ設定の最適化
• 設計パラメーターをスイープして最適な構成を特定
• 業界のリファレンス設計（PCIe、USB4、DDR5、CEI、UCIe）を出発点として使用
• Tx/Rx のアナログ特性（寄生容量、立ち上がり時間、終端インピーダンス）の特性評価
• 標準外のイコライゼーション用にカスタムデータパスブロックを構築

チャネルのモデリングと特性評価

• Touchstone S パラメーターファイルを SerdesSystem に読み込み
• 損失プロファイル、クロストーク（FEXT/NEXT）、アグレッサーを含むチャネルをモデリング
• 測定データから ctlefit を使用して CTLE 伝達関数をフィッティング

IBIS-AMI モデルの生成

• Tx、Rx、Redriver、Retimer の各構成向けに IBIS-AMI モデルを構築
• Simulink にエクスポートし、AMI パラメーターを設定して、.ami/.ibs/.dll/.so をコンパイル
• sim/parsim を使用して Simulink シミュレーションとパラメータースイープをスクリプト化

解析と検証

• 統計シミュレーションと時間領域シミュレーションを実行
• アイダイアグラムを処理（アイの高さ、アイの幅、COM、VEC、バスタブ曲線）
• ジッターを分解（TJ、RJ、DJ、DDJ、DCD、ISI）
• コンパイル済み AMI モデルを動作ベースラインと照合して検証
• アイマスクとジッターバジェットを使用して適合性チェックを実行

使用しない場面

• RF／マイクロ波回路の設計、アンテナのモデリング、ベースバンド DSP フィルターの設計
• SerDes に関連しない一般的な Simulink モデルのスクリプト作成

必ず守るルール

システムのセットアップ

• SymbolTime / SampleInterval の比は整数の SamplesPerSymbol になる必要があります — 比が小数の場合、エラーが通知されないまま発生します
• TxModel/RxModel は Transmitter/Receiver オブジェクトです — cell 配列ではありません。Transmitter('Blocks', {block1, block2}) のように構築します。Transmitter のプロパティ名はシングルクォートで指定する必要があります — Transmitter("Blocks", ...) は ismember エラーをスローします。Receiver およびその他すべてのクラスではダブルクォートを使用できます
• 信号変換関数には列ベクトルが必要です — impulse2pulse、pulse2stateye などは行ベクトルでエラーになります
• 現実的な結果を得るには AnalogModel と JitterAndNoise を含めてください — アナログモデルなしで Transmitter/Receiver のみを使用すると、COM が楽観的になります（1～2 dB 高くなります）。パラメーター設定（立ち上がり時間、寄生 C、終端 R）については reference/equalization-tuning.md を参照してください

イコライゼーション

• MATLAB でデータパスブロックを直接使用する場合は WaveType を明示的に設定してください — Simulink は自動的に設定しますが、MATLAB の既定値は "Sample" です
• 適応後の DFE/CTLE パラメーターは results.outparams にあります — ブロックオブジェクトにはありません。analysis() の後も、sys.RxModel.Blocks{k}.TapWeights には初期値が保持されます。システムオブジェクトのチェーンでは、適応後のタップは2 番目の出力です：[y, taps] = dfecdr(x)
• DFECDR の Mode=0 は Sample モードでパススルーです — DFE は Mode≥1 の場合にのみ適用されます。すぐに収束させるには、outparams から適応後のタップを Mode=1 で事前に読み込むか、10x EqualizationGain（9.6e-04）を指定して Mode=2 を使用し、チェーンを自己収束させます
• システムオブジェクトのチェーンで PAM-N を使用する場合は、DFECDR の Modulation を設定してください — Simulink はモデルワークスペースから継承しますが、MATLAB の既定値は 2（NRZ）です。これを設定しないと、PAM4 の DFE 適応はエラーが通知されないまま失敗します

メトリクスと波形

• Metrics.summary.EW の単位はピコ秒です（すでにスケーリング済みです）。1e12 を乗算しないでください。EH の単位はボルトです。PAM-N では、メトリクスごとに N-1 個の値が返されます（例：PAM4 → 3 個のアイ、PAM8 → 7 個のアイ）。
• analysis() のチャネルインパルスの単位は V/s です。時間領域の畳み込みに filter() を使用する場合は、dt を乗算してください：filter(impulse * dt, 1, wave)。スケーリングしないと、振幅が約 10^11 倍に増大します。
• pulse2wave は指定された刺激信号を処理します。出力の変調は、入力パターン（NRZ または PAM-N）によって異なります。

AMI と Simulink

• Init-Only モデルは適応できません。実行時に DFE タップまたは CDR が収束する必要がある場合は、Dual モデル（Init と GetWave の両方）を使用してください。
• AMI の検証には Signal Integrity Toolbox が必要です。serdes.AMI ランナーと AMI Simulink ブロックには、SerDes Toolbox と Signal Integrity Toolbox の両方が必要です。
• AMI GetWave：チャンク化したループで呼び出してください。serdes.AMI は BlockSize（デフォルトは 1024）を AMI_GetWave に渡すため、1 回の呼び出しで処理されるのは BlockSize 個のサンプルのみです。BlockSize 個ずつのチャンクで、オブジェクトを for ループ内で呼び出す必要があります。状態は DLL メモリハンドルを介して呼び出し間で保持されます。
• MATLAB から呼び出す場合は SkipFirstBlock = false に設定してください。デフォルトの true は Simulink の内部信号バッファリング用であり、最初のブロックが処理されずに通過します。
• AMI Init：RowSize はインパルスの長さと一致させる必要があります。RowSize が numel(impulse) と一致しない場合、serdes.AMI は MATLAB をクラッシュさせます（エラーは表示されず、プロセスが終了します）。
• AMI の生成には Simulink モデルが必要です。GUI の IbisAmiManager を使用するか、プログラムから serdes.AMIExport と export() を使用してください（「プログラムによる AMI 生成」を参照）。

ワークフロー

設計の検討

多くのプロジェクトはここから始まります。目標は、チャネルに適したイコライゼーションのアーキテクチャと設定を見つけることです。

1. 設計 — Tx/Rx ブロックとチャネル（損失モデルまたは S パラメーター）を含む SerdesSystem を作成します。
2. 解析 — 統計結果には analysis、アイダイアグラムには plotStatEye、メトリクスには analysisReport を実行します。
3. スイープ — チャネル損失、FFE タップ、CTLE ゲイン、DFE タップ、またはジッターを変化させて、設計空間をマッピングします。
4. 比較 — COM、アイハイト、アイ幅を使って、アーキテクチャ（FFE のみ、FFE+CTLE、FFE+CTLE+DFE）を評価します。
5. 選択 — マージンの目標を満たす構成を選び、イコライゼーション設定を固定します。

プログラムによる検討には SerdesSystem を、対話型 GUI での作業には serdesDesigner を使用してください。

波形処理

（オシロスコープやシミュレーションなどから）取得またはインポートした波形があり、それを直接イコライズして解析する場合：

1. 読み込み — 波形をインポートし、タイミング（SampleInterval、SymbolTime）を定義します。
2. イコライズ — WaveType = "Sample" を指定して、データパスブロック（FFE、CTLE、DFECDR）に通します。
3. 解析 — eyeDiagramSI でアイダイアグラムを作成し、メトリクス（アイハイト、COM、VEC）を抽出します。
4. ジッターの分解 — イコライズ後の波形に jitter() を実行し、TJ、RJ、DJ、DDJ、ISI の内訳を取得します。

Sample モードで DFECDR と DFE を使用する場合は、サンプルごとの for ループが必要です。FFE と CTLE はベクトル全体を受け付けます。直接イコライゼーションのパターンについては、reference/waveform-processing.md を参照してください。

IBIS-AMI モデルの提供

EDA ツールや IP の提供に使用するコンパイル済みモデル（.ami/.ibs/.dll/.so）が必要な場合：

1. エクスポート — exportToSimulink(sys) を呼び出し、固定した設計から Simulink モデルを生成します
2. 設定 — IbisAmiManager または serdes.AMIExport を使用して、AMI パラメーター、IBIS コンポーネント／ピンのデータ、モデルタイプを設定します
3. 生成 — serdes.AMIExport で export() を実行して、.ami／.ibs を生成し、.dll／.so をコンパイルします
4. 検証 — コンパイル済みの DLL／SO を serdes.AMI で読み込み、動作参照モデルと比較します（インパルスには Init、波形には GetWave を使用）
5. 相互検証 — Simulink の経路（Rx WaveOut を使った sim）を、時間領域の参照として推奨します。統計的な analysis()、システムオブジェクトの直接接続、コンパイル済み AMI DLL と比較します。reference/simulink-serdes-simulation.md を参照してください
6. 反復 — 差異を修正し、再エクスポートして、すべての経路が一致するまで再検証します

AMI モデルタイプ

実行時に適応が必要なイコライゼーションブロックに基づいて、モデルタイプを選択します。

タイプ	Init_Returns_Impulse	GetWave_Exists	用途
Init-Only	true	false	LTI イコライゼーション（固定 FFE、CTLE）。統計解析に対応
GetWave-Only	false	true	時間領域のみ。統計解析には非対応
Dual	true	true	適応型イコライゼーション（DFE、CDR）。すべての解析タイプに対応

すべての IBIS-AMI モデルは、IBIS 標準に従って AMI_Init（必須）、AMI_GetWave（任意）、AMI_Close（必須）を実装します。

主なクラス

クラス	目的
SerdesSystem	システムの最上位クラス。メソッド：analysis、plotStatEye、plotImpulse、plotPulse、plotAlignedPulse、plotWavePattern、analysisReport、exportToSimulink
Transmitter	Tx コンテナー。構築：Transmitter('Blocks', {serdes.FFE(...)})
Receiver	Rx コンテナー。構築：Receiver('Blocks', {serdes.CTLE(...), serdes.DFECDR(...)})
ChannelData	チャネル仕様。プロパティ：ChannelLossdB、ChannelLossFreq（既定値は 5 GHz — ナイキスト周波数に必ず変更してください）、ChannelDifferentialImpedance、または Impulse／dt
JitterAndNoise	IBIS 7.0 のジッター／ノイズ。4 グループ：Tx ジッター（Rj/Dj/DCD/Sj）、Rx ジッター、Rx クロック回復（5 個のパラメーター。RxClockMode='clocked'、'convolved'、または 'normal' で有効化）、Rx ノイズ。値の単位は秒（既定）または UI です。reference/serdes-api-reference.md を参照してください
serdes.AMI	コンパイル済み AMI DLL／SO を実行します。呼び出し：[waveOut, impulseOut] = ami(waveIn, impulseIn, clockIn)
serdes.AMIExport	プログラムによる AMI エクスポート（R2026a+）。メソッド：export、getExportSettings。プロパティ：ModelTypeTx、DLLFiles、LinuxCrossCompile
SParameterChannel	S パラメーターからインパルス応答を生成します。.s4p から .s16p に対応（マルチポートの場合は Nx(K) 行列を返します：列 1=スルー、列 2 以降=アグレッサー）。プロパティ：FileName、SampleInterval、StopTime、PortOrder
eyeDiagramSI	波形のアイダイアグラム（R2024a+）。手順：eyeObj(wave) — 出力なし。メトリクス：eyeHeight、eyeWidth、com、vec、margin
ctlefit	CTLE の極／零点フィッター。インポート：ctlefit.readcsv。serdes.CTLE("Specification", "GPZ Matrix") 用に GPZ 行列を出力します

データパスブロック

ブロック	役割	モード値	主なプロパティ
serdes.FFE	フィードフォワード等化器	0, 1	TapWeights, TapSpacing, Normalize
serdes.CTLE	連続時間線形イコライザー	0, 1, 2	Specification, DCGain, ACGain, PeakingGain, GPZ
serdes.DFECDR	DFE ＋クロックリカバリー	0, 1, 2	TapWeights, CDRMode, PhaseDetector, Count
serdes.DFE	単独の DFE	0, 1, 2	TapWeights, EqualizationGain, EqualizationStep
serdes.CDR	単独の CDR	0, 1	CDRMode, Count, Step, Sensitivity。モードは非推奨です
serdes.AGC	自動ゲイン制御	0, 1	TargetRMSVoltage, MaxGain, AveragingLength
serdes.VGA	可変ゲインアンプ	0, 1	Gain
serdes.SaturatingAmplifier	リミッティングアンプ	0, 1	Limit, LinearGain, Specification
serdes.PassThrough	何もしないプレースホルダー	—	—

モード値： 0 = 固定（エクスポートされません）、1 = 固定（AMI パラメーターとしてエクスポート）、2 = 適応型（GetWave）。Mode=2 をサポートするのは CTLE、DFECDR、DFE のみです。

ゲインプロパティを設定する前に CTLE の Specification を設定してください。デフォルトの仕様で ACGain を使用すると、警告が発生します。GPZ Matrix で ConfigSelect による行の切り替えを行うには、Mode=1 が必要です。 4 つの仕様オプションについては、reference/equalization-tuning.md を参照してください。

パターン

各リファレンスファイルには、該当するトピックの実行可能なコードパターンが含まれています。コードを記述する前に関連するリファレンスを読み込んでください。正しい呼び出し規約、コンストラクターの引数、プロパティ名が記載されています。ルーティングの全体図については、以下の「規約」にある「リファレンス」表を参照してください。

よくある間違い

API の誤用、誤ったプロパティ名、サイレントな失敗、パフォーマンス上の落とし穴を対象とする、誤ったコードと正しいコードのペアを含む 37 件のアンチパターンについては、reference/common-mistakes.md を参照してください。

規約

設計

• プログラムによる設計には SerdesSystem、対話型の探索には serdesDesigner を使用します。エクスポートの前に必ず analysis／plotStatEye を実行してください
• 重要： ChannelLossFreq のデフォルトは 5 GHz です。必ずナイキスト周波数（1/(2*SymbolTime)）に上書きしてください。これを行わないと、5 GHz で 15 dB の損失がナイキスト周波数では 40 dB 以上になり、アイが閉じて見えます。実際のチャネルには SParameterChannel を使用してください
• analysis() は FFE タップを自動最適化しません。正準的なディエンファシスを使用し、sum(abs(taps)) ≈ 1.0 としてください
• ゼロに初期化された DFE タップは、統計ソルバーによって自動的に最適化されます
• 業界のリファレンス設計：serdesDesigner または openExample('serdes/PCIe5TransmitterReceiverIBISAMIModelExample') を使用します。初期設定については、reference/equalization-tuning.md を参照してください

可視化とメトリクス

• すべての SerdesSystem プロットメソッド（plotStatEye、plotImpulse、plotPulse、plotAlignedPulse、plotWavePattern）は現在の座標軸に描画します。複数パネルのレイアウトには tiledlayout／nexttile または subplot を使用してください
• 波形のアイダイアグラムには eyeDiagramSI（R2024a 以降）、ジッターの分解には jitter（R2024b 以降）を使用します
• WaveType が "Sample" の場合、DFECDR／DFE にはスカラー（サンプルごと）の入力が必要です。FFE／CTLE は完全なベクトルを受け付けます
• pulse2wave を使用して PRBS 波形を生成する場合は、PRBS の次数とシンボル数をユーザーに確認してください。指定がなければ PRBS-10（1023 シンボル）をデフォルトとして使用します
• pulse2stateye のプロットには、hot／parula ではなく serdes.utilities.SignalIntegrityColorMap を使用します。コンプライアンスの確認には margin(eyeObj, eyeMask) を使用します
• すべてのプロットメソッド、メトリクスのフィールド／単位、eyeDiagramSI、jitter については、reference/visualization-and-metrics.md を参照してください

AMI のエクスポートと検証

• プログラムで AMI を生成するには、slbuild（従来の方法で、R2025b 以前のみ）ではなく、export() とともに serdes.AMIExport を使用します
• EDA ツールに送信する前に、serdes.AMI でコンパイル済み DLL／SO を検証します。Init（インパルス相関）と GetWave（波形チェーン）の両方を検証してください
• 時間領域の優先経路は Simulink です。適応システムでは、Rx WaveOut を使用した sim() が基準となります。クロスチェックとして、システムオブジェクトのチェーンおよびコンパイル済み AMI DLL と比較します。すべての時間領域経路で同じ PRBS 刺激を使用してください
• Simulink ブロックの AMI エクスポートパラメーターには *AMI サフィックスを使用します（'ModeAMI'、'TapWeightsAMI'）。モデルレベルの設定には IbisAmiManager または serdes.AMIExport を使用します
• コンパイル済み DLL／SO はツールボックスに同梱されていません。Linux 用の .so へのクロスコンパイルには serdes.utilities.createCrossCompiler を使用します

スクリプト優先のワークフロー

設計、解析、またはスイープのタスクでは、インラインの MCP スニペットではなく、コードをディスク上の .m ファイルに記述します。簡単な単発の確認には、インラインの evaluate_matlab_code を使用してもかまいません。

1. .m ファイル（例：serdes_pam4_design.m）を作成し、run_matlab_file で実行し、編集して再実行することで反復します
2. 仕上げたスクリプトを納品します。先頭に %% Parameters ブロックを置き、%% Section ヘッダーを使用し、最後に要約を fprintf で出力します

参考資料

次の場合に読み込みます...	参考資料
SerdesSystem を構築または変更する場合	reference/serdes-api-reference.md
API 名の誤りや、エラーが発生せずに処理が失敗する問題をデバッグする場合	reference/common-mistakes.md
S パラメータファイルまたはクロストークを扱う場合	reference/channel-modeling.md
CTLE、FFE、DFE を調整する場合、または伝達関数をフィッティングする場合	reference/equalization-tuning.md
パラメーターをスイープする場合、または GA 最適化を実行する場合	reference/optimization.md
アイをプロットする場合、メトリクスを読み取る場合、またはジッターを分解する場合	reference/visualization-and-metrics.md
キャプチャまたはインポートした波形を直接等化する場合	reference/waveform-processing.md
Simulink にエクスポートする場合、AMI DLL をコンパイルする場合、または AMI モデルを検証する場合	reference/programmatic-ami-generation.md
Simulink シミュレーションまたは parsim スイープをスクリプト化する場合	reference/simulink-serdes-simulation.md
カスタムデータパスブロックを構築する場合	reference/custom-datapath-blocks.md
ユーティリティ関数（SNR、ICN、resample）を調べる場合	reference/serdes-utilities.md

---

Copyright 2026 The MathWorks, Inc.