調(diào)試時(shí)鐘定時(shí)問題的思路

如今數(shù)字系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能都是建立在其內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)之上。

由于時(shí)鐘信號對系統(tǒng)性能影響很大，所以定位并糾正這些信號出現(xiàn)的問題非常重要。

工程師必須像一名優(yōu)秀偵探員那樣找出正確的測試問題并準(zhǔn)確確定故障原因以及影響。

修正那些故障影響并非是一種最優(yōu)的解決方法，它將導(dǎo)致遺漏故障原因，而在以后導(dǎo)致更嚴(yán)重的時(shí)序錯(cuò)誤。

例如，在出現(xiàn)問題(大抖動、畸形波形或者沒有達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)一個(gè)正在冒煙的旁路濾波器，那么可以肯定地證明這是問題的原因，而不是其它潛在原因的證據(jù)。

可能的原因是電容在阻止某個(gè)頻率上噪聲的影響，但是卻沒有能夠保護(hù)時(shí)鐘器件不受噪聲的影響。

一個(gè)正確設(shè)計(jì)的終端電路由于采用了不合適的源驅(qū)動器件阻抗而變得不正確，是另外一個(gè)很好的例子。

通常，50Ω的終端阻抗和50Ω的傳輸線阻抗對于最高級別的信號完整性是正確的，但并不總是如此。

最直接的方法是調(diào)整電路的終端，但這會改變連接驅(qū)動和終端的傳輸線的阻抗。實(shí)際上，最明顯的原因經(jīng)常和真正的原因相差很遠(yuǎn)。

最好的解決方法是通過選用合適的驅(qū)動器從問題的根本原因上解決問題，而不是浪費(fèi)大量時(shí)序來調(diào)試終端以求得一個(gè)能夠運(yùn)行但并非最優(yōu)的結(jié)果。通過糾正根本原因，你還可糾正其它一些不會引起時(shí)序沖突但能夠破壞時(shí)序邊界的小問題。

我們必須注意到時(shí)鐘系統(tǒng)的故障不會由一個(gè)可很容易發(fā)現(xiàn)的單個(gè)原因引起的。一般這種故障是由好幾個(gè)稍微不常見的原因引起，這些原因會導(dǎo)致時(shí)序邊界越過限制。

例如，由非良好接地、不正確的旁路器件值以及不理想的走線拓?fù)?/strong>導(dǎo)致的綜合效應(yīng)將產(chǎn)生足夠噪聲，從而引發(fā)系統(tǒng)故障。使事情更加糟糕的是時(shí)鐘器件和設(shè)計(jì)的其他電路共享電源和地線平面。這樣，時(shí)鐘器件將受到它們所控制的系統(tǒng)環(huán)境的噪聲影響。毫無疑問，找到這些問題的根源是非常困難的。

時(shí)域的方法

出現(xiàn)問題的時(shí)候首先要察看時(shí)域信息。時(shí)序位置的不正確表現(xiàn)為波形偏斜和延遲，使時(shí)序與期望值出現(xiàn)有規(guī)律性或無規(guī)律性的不同。這主要有兩個(gè)根本原因：確定性抖動和隨機(jī)抖動噪聲。

確定性的抖動肯定可以找到根本原因。時(shí)序位置的偏移是規(guī)律性地出現(xiàn)，并且可以查找出來。通過讀出多模型分布測量(圖1)中峰值時(shí)間的偏移，通?？梢苑浅Ｑ杆俚卮_定干擾信號的頻率。找到頻率以后，距離找到真正的原因就僅有幾步之遙了。

隨機(jī)抖動的問題稍微有點(diǎn)麻煩，它可能來自于器件本身或者是從其他器件傳過來的。

頻域的方法

另一個(gè)尋找時(shí)鐘問題的角度是在頻域中尋找。在頻域中，我們同時(shí)觀察頻率及其周圍的能量分布。時(shí)鐘系統(tǒng)需要很快的上升時(shí)間以減少負(fù)載的轉(zhuǎn)換時(shí)間。這給時(shí)鐘信號的頻譜帶來許多奇次諧波。(一個(gè)具有無限快上升時(shí)間的純矩形波的頻譜是頻率基頻和所有奇次諧波之和)。

在頻域，我們正在尋找其它時(shí)鐘信號和所需時(shí)鐘頻率混合在一起的結(jié)果。

當(dāng)時(shí)鐘互相調(diào)制在一起的時(shí)候會帶來四個(gè)混合部分：相加值，相減值以及兩個(gè)原始頻率。通常，干擾信號的頻率和所需信號的頻率離得很近，相加后的信號與相減后的信號也會如此。