高速互聯(lián)鏈路中參考時鐘的抖動分析與測量

高速互聯(lián)鏈路介紹
任何一個通信鏈路都包含三個部分：發(fā)送器（TX）、媒質(zhì)（信道）、接收器（RX）。對于高速的串行互聯(lián)鏈路也包含這三個部分，如下圖1所示為一個典型的高速互聯(lián)鏈路的結構圖。其中發(fā)送器包括了：并行轉換串行、編碼（比如8b10b編碼）、發(fā)送信號優(yōu)化（如預加重）、發(fā)送驅(qū)動等功能。接收器包括了：時鐘恢復、數(shù)據(jù)恢復、接收信號優(yōu)化（如均衡）、串行轉化并行、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。

從整個鏈路的組成來看，發(fā)送器參考時鐘的抖動在串并轉換時就引入到整個鏈路中，影響著TX端發(fā)送出的數(shù)據(jù)的抖動，而接收器要從這些數(shù)據(jù)中恢復出時鐘來進行后續(xù)的處理?？梢钥闯霭l(fā)送器參考時鐘的性能對整個鏈路的性能起到很關鍵的作用。本文從時鐘抖動的相關概念、測試實例、測試注意事項、測試難點幾方面對時鐘抖動測試進行分析和探討。

圖1：串行互聯(lián)鏈路的結構示意圖

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

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

假設N為測量的樣本總數(shù)，抖動的平均值可表示為：

抖動的有效值（即RMS值）為所有樣本的1個Sigma值，即：

周期抖動（Period Jitter）是多個周期內(nèi)對時鐘周期的變化進行統(tǒng)計與測量的結果。如圖3所示的P1、P2、Pn-1、Pn為多個周期內(nèi)時鐘的周期數(shù)值，對這些數(shù)值進行數(shù)理統(tǒng)計，同理，與TIE抖動的峰峰值和有效值計算方法相同，把P1到Pn中的最大值減去最小值，得到周期抖動的峰峰值，把P1到Pn進行1個Sigma運算，得到周期抖動的RMS值。