信號(hào)完整性分析基礎(chǔ)系列之三--串行數(shù)據(jù)測(cè)試中的CDR
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下圖1所示為某串行數(shù)據(jù)鏈接的系統(tǒng)圖，在Fibre Channel、Gigabit Ethernet、SDH等串行鏈路中都采用了這樣的架構(gòu)。發(fā)送端（TX）發(fā)送的信號(hào)通過(guò)信道傳輸?shù)浇邮斩耍≧X）后，收發(fā)器芯片RX部分的時(shí)鐘恢復(fù)電路從串行數(shù)據(jù)中恢復(fù)出時(shí)鐘，用恢復(fù)的時(shí)鐘來(lái)同步串行數(shù)據(jù)，進(jìn)行采樣。由于多種原因，進(jìn)入RX的串行數(shù)據(jù)信號(hào)可能有較大的抖動(dòng)，理想情況下（鎖相環(huán)PLL的環(huán)路帶寬無(wú)窮大時(shí)），時(shí)鐘恢復(fù)電路的PLL輸出的時(shí)鐘和RX的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)同相，即零抖動(dòng)，這時(shí)，RX的判別電路（如圖1中的D觸發(fā)器）有最大的建立時(shí)間和保持時(shí)間余量。但是，由于PLL的環(huán)路響應(yīng)為低通濾波器特性，只能消除串行數(shù)據(jù)中低頻段的抖動(dòng)，不能處理高頻抖動(dòng)，所以，現(xiàn)實(shí)情況中收發(fā)器芯片RX端“看到”的眼圖是有抖動(dòng)的。
在圖1中，RX端PLL的參數(shù)是影響眼圖和抖動(dòng)性能的決定因素。PLL是一種廣泛使用的電子電路，可以用于獲得特定頻率的時(shí)鐘、射頻信號(hào)調(diào)制與解調(diào)和串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘恢復(fù)。
如圖2為PLL的系統(tǒng)圖，包括鑒相器（phase detector）、環(huán)路濾波器（loop filter）、壓控振蕩器（voltage controlled oscillator，簡(jiǎn)稱VCO）三個(gè)基本部分。PLL的工作原理請(qǐng)參考模擬電路書(shū)籍。
在接收端的PLL中，鑒相器、環(huán)路濾波器和VCO三部分組成的環(huán)路的頻響為低通濾波器特性。如下圖3所示，接收端的時(shí)鐘恢復(fù)電路的頻響是一個(gè)低通濾波器，其傳遞函數(shù)為HL,當(dāng)串行數(shù)據(jù)信號(hào)的抖動(dòng)變化頻率較低時(shí)，即從直流到PLL的截至頻率，PLL能及時(shí)追蹤到數(shù)據(jù)跳變沿（即鎖住相位），輸出的時(shí)鐘與輸入數(shù)據(jù)同相（嚴(yán)格講相位差為固定常數(shù)），這樣抖動(dòng)為零。當(dāng)連續(xù)邊沿的抖動(dòng)變化太快時(shí)（即存在高頻抖動(dòng)時(shí)），PLL不能及時(shí)追蹤到邊沿的變化，于是輸出的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)邊沿存在抖動(dòng)，所以，接收端的CDR不能濾除高于截至頻率的抖動(dòng)，它的抖動(dòng)傳遞函數(shù)（Jitter Transfer Function簡(jiǎn)稱JTF）的頻響為高通濾波特性，接收端CDR又稱為TIE抖動(dòng)的高通濾波器。如圖3，抖動(dòng)傳遞函數(shù)HH=1-HL。
圖3：抖動(dòng)的傳遞函數(shù)
在收發(fā)器接收端除了采用如圖1所示的PLL來(lái)恢復(fù)時(shí)鐘外，另一種時(shí)鐘恢復(fù)方法是使用相位內(nèi)插器（phase interpolator，簡(jiǎn)稱PI），在FBDIMM和PCI Express中都使用PI來(lái)恢復(fù)時(shí)鐘，但是使用儀器測(cè)試時(shí)，可以用PLL來(lái)建模。
測(cè)試高速串行數(shù)據(jù)信號(hào)的眼圖與抖動(dòng)的儀器都使用了基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘恢復(fù)方法。其中，實(shí)時(shí)示波器主要使用軟件PLL來(lái)恢復(fù)參考時(shí)鐘，取樣示波器和誤碼率測(cè)試儀都使用硬件PLL來(lái)恢復(fù)時(shí)鐘。實(shí)時(shí)示波器作為最普及和廣泛應(yīng)用的測(cè)試儀器，本文僅介紹實(shí)時(shí)示波器的軟件CDR和眼圖測(cè)試、抖動(dòng)測(cè)試的關(guān)系。
評(píng)論