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串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)抖動基礎(chǔ)

作者: 時間:2012-05-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

可見,當(dāng)輸入觸發(fā)器的電平?jīng)]有翻轉(zhuǎn)時,觸發(fā)器能穩(wěn)定的恢復(fù)出輸入信號。

D觸發(fā)器觸發(fā)觸發(fā)脈沖信號示例(時鐘上升沿觸發(fā)):

(如果時鐘和數(shù)據(jù)之間的相對偏差太大,將會導(dǎo)致圖示D觸發(fā)器輸出信號的邏輯翻轉(zhuǎn)錯誤或者不穩(wěn)定)
當(dāng)數(shù)據(jù)信號的電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)后,時鐘邊沿與數(shù)據(jù)邊沿需要一定的建立時間來鎖存數(shù)據(jù);同時,數(shù)據(jù)信號的電平需要一定的保持時間讓時鐘能穩(wěn)定的鎖存數(shù)據(jù)。為了讓建立時間和保持時間最大化,時鐘最好能出現(xiàn)在數(shù)據(jù)比特位的中央。但是由于數(shù)據(jù)或者時鐘存在較大時,無法滿足建立時間和保持時間的要求,D觸發(fā)器可能輸出錯誤的數(shù)據(jù),產(chǎn)生誤碼。特別是在高速數(shù)字電路中,速率的增加導(dǎo)致建立時間和保持時間的余量越來越小,由于抖動產(chǎn)生誤碼的概率越來越高,所以,時鐘和數(shù)據(jù)的抖動測試非常重要。

二、抖動的基本概念
抖動的定義為信號在電平轉(zhuǎn)換時,其邊沿與理想時間位置的偏移量。抖動比較大時可能出現(xiàn):并行總線的建立保持時間余量不夠、時鐘穩(wěn)定度差、串行信號接收端誤碼率高等現(xiàn)象。

研究的抖動主要是研究時鐘與的相對抖動,而不是單純的指時鐘抖動或者數(shù)據(jù)抖動。也就是說即使時鐘有很大的抖動,但是只要數(shù)據(jù)也存在同樣大的抖動,則兩者之間的相對抖動仍舊很小,時鐘和數(shù)據(jù)之間的建立時間和保持時間也仍舊能夠得到保證。如下圖所示:

當(dāng)帶有抖動的數(shù)據(jù)信號與帶有抖動的時鐘信號出現(xiàn)較大的相位偏差時,即有可能出現(xiàn)建立時間、保持時間不夠,出現(xiàn)誤碼等情況;這個偏差叫做的時間間隔誤差(TIE,time interval error)。每一個時鐘邊沿和數(shù)據(jù)邊沿都會有一個時間間隔誤差,那么我們需要關(guān)注哪一個邊沿的TIE呢?還是關(guān)注一段時間內(nèi)(一定的波形數(shù)量)所有波形邊沿的TIE的累積效果呢?需要多少波形數(shù)據(jù)統(tǒng)計運算得到的TIE才符合要求呢?搞清楚這幾個問題需要了解下串行數(shù)據(jù)中經(jīng)常用到的另外一個概念:誤碼率(BER,bit error rate)
三、串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中誤碼率的概念
由于串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要在一給定的時間內(nèi)發(fā)送或者傳輸許多位的數(shù)據(jù),因此衡量系統(tǒng)的整體性能通常由在一段時間內(nèi)或者一定數(shù)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行衡量,即發(fā)送端發(fā)送一定量的數(shù)據(jù),在接收端接收到的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯誤位的比率,也叫做誤碼率。大部分的串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,發(fā)送端發(fā)送10e+12個誤碼,在接收端出現(xiàn)誤碼的比率不能多于一個,也就是誤碼率為10e-12,相對應(yīng)的要求在此誤碼率下抖動不能超過一定的值。而示波器累積10e+12個誤碼,可能需要數(shù)天的時間,因此示波器在分析誤碼率抖動時通常需要用到統(tǒng)計分析、外推等抖動算法。

四、抖動的來源
產(chǎn)生抖動的原因有多種,從元器件來看分為intrinsic抖動與nonintrinsic抖動兩種,前者是與電子器件和半導(dǎo)體器件的電子和空穴特性有關(guān),后者與電路的設(shè)計有關(guān),可以通過優(yōu)化設(shè)計來改善。前者產(chǎn)生的抖動稱為隨機抖動(Random Jitter,簡稱Rj),后者產(chǎn)生的抖動稱為固有抖動(Deterministic jitter)。隨機抖動的來源為熱噪聲、Shot Noise和Flick Noise。固定抖動的來源為:開關(guān)電源噪聲、反射、串?dāng)_、電磁干擾等等。在后續(xù)專門介紹隨機抖動和固有抖動的文章中將詳細(xì)介紹。


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