高速互聯(lián)鏈路中參考時(shí)鐘的抖動(dòng)分析與測(cè)量

高速互聯(lián)鏈路介紹
任何一個(gè)通信鏈路都包含三個(gè)部分：發(fā)送器（TX）、媒質(zhì)（信道）、接收器（RX）。對(duì)于高速的串行互聯(lián)鏈路也包含這三個(gè)部分，如下圖1所示為一個(gè)典型的高速互聯(lián)鏈路的結(jié)構(gòu)圖。其中發(fā)送器包括了：并行轉(zhuǎn)換串行、編碼（比如8b10b編碼）、發(fā)送信號(hào)優(yōu)化（如預(yù)加重）、發(fā)送驅(qū)動(dòng)等功能。接收器包括了：時(shí)鐘恢復(fù)、數(shù)據(jù)恢復(fù)、接收信號(hào)優(yōu)化（如均衡）、串行轉(zhuǎn)化并行、解碼等功能。傳輸通道則由印刷電路板的走線、過孔、連接器、插卡的金手指、電纜、光纖等組成。

從整個(gè)鏈路的組成來看，發(fā)送器參考時(shí)鐘的抖動(dòng)在串并轉(zhuǎn)換時(shí)就引入到整個(gè)鏈路中，影響著TX端發(fā)送出的數(shù)據(jù)的抖動(dòng)，而接收器要從這些數(shù)據(jù)中恢復(fù)出時(shí)鐘來進(jìn)行后續(xù)的處理?？梢钥闯霭l(fā)送器參考時(shí)鐘的性能對(duì)整個(gè)鏈路的性能起到很關(guān)鍵的作用。本文從時(shí)鐘抖動(dòng)的相關(guān)概念、測(cè)試實(shí)例、測(cè)試注意事項(xiàng)、測(cè)試難點(diǎn)幾方面對(duì)時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)試進(jìn)行分析和探討。

圖1：串行互聯(lián)鏈路的結(jié)構(gòu)示意圖

三種時(shí)鐘抖動(dòng)的定義，峰峰值與有效值
時(shí)鐘抖動(dòng)通常分為時(shí)間間隔誤差（Time Interval Error，簡稱TIE），周期抖動(dòng)（Period Jitter）和相鄰周期抖動(dòng)（cycle to cycle jitter）三種抖動(dòng)。

TIE又稱為phase jitter，是信號(hào)在電平轉(zhuǎn)換時(shí)，其邊沿與理想時(shí)間位置的偏移量。理想時(shí)間位置可以從待測(cè)試時(shí)鐘中恢復(fù)，或來自于其他參考時(shí)鐘。如圖2所示TIE抖動(dòng)的示意圖，I1、I2、I3、In-1、In是時(shí)鐘第一個(gè)到第n個(gè)上升沿與理想時(shí)間位置的偏差，將I1、I2到In進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，在所有樣本的找出最大值和最小值，兩者相減可以得到TIE抖動(dòng)的峰峰值，即：

假設(shè)N為測(cè)量的樣本總數(shù)，抖動(dòng)的平均值可表示為：

抖動(dòng)的有效值（即RMS值）為所有樣本的1個(gè)Sigma值，即：

周期抖動(dòng)（Period Jitter）是多個(gè)周期內(nèi)對(duì)時(shí)鐘周期的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與測(cè)量的結(jié)果。如圖3所示的P1、P2、Pn-1、Pn為多個(gè)周期內(nèi)時(shí)鐘的周期數(shù)值，對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，同理，與TIE抖動(dòng)的峰峰值和有效值計(jì)算方法相同，把P1到Pn中的最大值減去最小值，得到周期抖動(dòng)的峰峰值，把P1到Pn進(jìn)行1個(gè)Sigma運(yùn)算，得到周期抖動(dòng)的RMS值。