抖动分析使用的时钟恢复方法-TECHNICALBRIEF.doc

技术简介抖动分析使用的时钟恢复方法MichaelSchnecker抖动测量是串行数据系统分析和认证中的关键要素。由于当前许多设计中的符号速率通常要超过2.5Gb/s因此准确地检定抖动正变得更加重要。参考时钟是所有抖动测量的核心必须针对这个参考时钟测量符号定时。在理想情况下会有这样一个时钟；但在实践中通常没有这样的时钟。因此必须从被测信号中恢复参考时钟。恢复这一时钟使用的方法对测得的抖动有着直接影响。串行数据标准如PCIExpress™和串行ATA解决了这个问题它们不仅定义了抖动还定义了推导测量结果使用的具体时钟恢复方法。选择的时钟恢复方法影响着追踪能力及可以测量的抖动总量。抖动测量系统中灵活的时钟恢复不仅有助于满足特定标准要求还提供了强大的分析工具可以预测实际接收机的性能。时钟恢复图1是串行数据接收机的基本方框图。接收机检测数据流的跳变在本文中假设为NRZ。时钟恢复方框通过使用锁相环(PLL)把时钟信号锁相到数据跳变从数据边沿中导出采样时钟。PLL操作生成一个时钟其抖动与数据的抖动相同以支持位速率的长期变化但它允许传送短期变化。恢复的采样时钟上出现的抖动速率由PLL反馈环路的低通滤波器确定。这一设计允许接收机不受长时间内平均位速率相对较大变化的影响。检测器使用恢复的时钟定位符号边界在符号的标称中心(单位间隔或UI)对电压采样确定存在电平1或0。通过时钟恢复电路传送的抖动包含随机成分和确定性成分。发射机抖动使用锁相环恢复定时参考分析发射机定时抖动。在这方面抖动测量系统的行为与串行数据接收机类似。数据流与恢复的时钟之间的相位误差在抖动分析函数中分析。相位误差代表着用来调节VCO频率以追踪被测信号符号速率的控制信号。这种相位误差实际上是参考时钟和数据跳变之间的抖动。图1.串行数据接收机方框图。时钟恢复函数生成一个采样时钟追踪数据流中的抖动。[图示内容：]serialdatasignal(NRZ):串行数据信号(NRZ)detector:检测器de-serializer:解串行器paralleldataout:并行数据输出phasedetector:相位检测器lowpassfilter:低通滤波器图2.抖动测量系统。时钟恢复函数与串行数据接收机中使用的类似其中包括一个低通滤波器和VCO。分析控制环路反馈路径中的相位误差信号测量数据流中的定时抖动。[图示内容：]serialdatasignal(NRZ):串行数据信号(NRZ)phasedetector:相位检测器phaseerror:相位误差jitteranalysisfunction:抖动分析函数lowpassfilter:低通滤波器可以使用下面的公式使用Laplace变换符号描述稳态相位误差：(1)公式(1)中的函数H(s)是图2中反馈路径内的低通滤波器。分母中的极性(H(s)/s)从相位转换成VCO中的频率。我们选择低通滤波器在锁相环中提供所需的属性。这种滤波器同时影响着测量系统的追踪特点和抖动转函。时钟恢复滤波选项有多个选项可以配置PLL环路滤波器。常用的黄金PLL在反馈路径中采用简单的比例系数。多种标准规定在抖动测量中使用这类滤波器包括光纤通道标准。可以使用H(s)=wc的滤波函数实现单极环路滤波器。误差信号的公式如下：(2)其中截止频率由ωc确定。许多串行数据标准使用扩频时钟控制辐射。扩频时钟(SSC)在较小的范围内低速调制符号速率。一般来说扩频速率是30kHz位速率的峰值偏差是–0.5%。存在SSC时的信号速率可以视为线性频率位移随时间变化(f=f0+Ct)。信号相位是频率的积分；因此SSC得到一个随t2变化的相位。假设频率变化在t=0时间上开始相位的Laplace变换采用下面的公式：(3)常数C是信令频率的变化速率通过在s接近se(s)的0时得到极限可以确定稳态误差。(4)这个极限用公式(4)表示表明误差随着时间持续增加(在s接近0时为无穷大)。在实践中滤波器中充分高的截止频率会在较长、但有限的观测周期内保持较小的误差。测量扩频时钟信号的更好的选项是在原点有一个电极的二阶滤波器。这类滤波器追踪稳态扩频公式如下：(5)与这个滤波器有关的误差函数是：(6)通过把公式(3)代入(6)得到公式(4)中的极限可以得到稳态误差。极限为：(7)在这种情况下稳态误差是恒定的因此环路以固定的相位偏置追踪SSC。由于这种属性串行ATAPHYII标准规定使用这类环路滤波器。采用SSC的其它标准如PCIExpress™也可以从这类环路滤波器中受益。尽管最新版的PCIExpress一致性测试标准规定单极PLL滤波器且在使SSC失效的情况下测量信号但不一定总能实现这一点。二阶环路滤波器允许在启动SSC的情况下进行测