用戶名: 密碼: 驗(yàn)證碼:

深入淺出了解時(shí)鐘恢復(fù)

摘要:現(xiàn)行的高速串行總線協(xié)議中,通常都在數(shù)據(jù)中包含了時(shí)鐘信號,而不再需要一根獨(dú)立的時(shí)鐘信號和數(shù)據(jù)并行傳輸,為了在接收端能夠正確對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,需要從嵌入在數(shù)據(jù)中的時(shí)鐘信號提取出來,即是時(shí)鐘恢復(fù)。

深入淺出了解時(shí)鐘恢復(fù)

01、沒有時(shí)鐘恢復(fù)會有什么問題?

  您是否碰到過明明眼圖質(zhì)量優(yōu)異,但是誤碼率很高的情況?

  您是否碰到過經(jīng)過被測件后輸出和源觸發(fā)不同步的情況?

  您是否碰到過想要用示波器測試卻無法提供觸發(fā)信號的情況?

  您是否碰到過想要用誤碼檢測器進(jìn)行誤碼率測試卻需要一個(gè)同步時(shí)鐘的情況?此時(shí)如果被測件內(nèi)部時(shí)鐘恢復(fù)環(huán)路帶寬大于等于外部時(shí)鐘恢復(fù)單元會有什么后果?

  您是否注意到規(guī)范中這些有意思的術(shù)語,諸如Baud Rate/1667、Baud Rate/2578、Baud Rate/6640?進(jìn)行TX發(fā)送端測試的時(shí)候,需要通過調(diào)整時(shí)鐘恢復(fù)單元環(huán)路帶寬和峰值來滿足不同的速率和協(xié)議要求?

  02、什么是時(shí)鐘恢復(fù)

 基本概念

  現(xiàn)行的高速串行總線協(xié)議中,通常都在數(shù)據(jù)中包含了時(shí)鐘信號,而不再需要一根獨(dú)立的時(shí)鐘信號和數(shù)據(jù)并行傳輸,圖 1中能夠看到HDMI和JESD204B和傳統(tǒng)接口的一些區(qū)別,都是將隨路時(shí)鐘取消了。為了在接收端能夠正確對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,需要從嵌入在數(shù)據(jù)中的時(shí)鐘信號提取出來,即是時(shí)鐘恢復(fù)。

圖 1 HDMI和JESD204B的引腳定義

  從圖2中可以看出在不同的采樣時(shí)刻對數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣判決的結(jié)果可能會有非常大的區(qū)別,那么在沒有隨路時(shí)鐘的情況下,在何時(shí)刻對數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣判決,能否在每個(gè)周期的相同時(shí)刻對數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣判決都成了至關(guān)重要的因素,會直接影響傳輸結(jié)果。

圖 2 采樣時(shí)刻示意圖

  一個(gè)簡單的時(shí)鐘恢復(fù)電路如圖 3所示,它能夠從接收到的NRZ/PAM4信號中提取出數(shù)據(jù)序列,并恢復(fù)出與數(shù)據(jù)序列相對應(yīng)的時(shí)鐘信號,恢復(fù)出的時(shí)鐘信號可以作為基準(zhǔn)源提供給采樣示波器、誤碼儀或者其他接收機(jī)使用,用于和輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。

圖 3 時(shí)鐘恢復(fù)示意圖

  對于恢復(fù)出的時(shí)鐘通常需要滿足下面三個(gè)條件:

  時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)速率成比例關(guān)系

  時(shí)鐘和數(shù)據(jù)具有固定相位關(guān)系

  時(shí)鐘固有抖動要比較小

  組成原理

  目前實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘恢復(fù)的架構(gòu)如表 1所示,主要有:鎖相環(huán)技術(shù)、延遲鎖相環(huán)技術(shù)、相位插值技術(shù)、過采樣技術(shù)、注入鎖定技術(shù)、門振蕩器技術(shù)等。注入鎖定和門振蕩器電路反應(yīng)速度比較快,目前常應(yīng)用于突發(fā)模式通信中,如:FTTH、ATM、EPON、GPON、LANs等。鎖相環(huán)、延遲鎖相環(huán)、相位插值等電路適用于連續(xù)模式通信,如:SONET、Fiber Channel、Gigabit Ethernet中。過采樣電路則兩者都適用。在時(shí)鐘恢復(fù)單元表中通常采用鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對時(shí)鐘的提取。

表 1 不同架構(gòu)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的優(yōu)缺點(diǎn)

  鎖相環(huán)方式時(shí)鐘恢復(fù)原理框圖如圖 4所示,具有相位鎖定環(huán)路和頻率鎖定環(huán)路,頻率鎖定環(huán)路產(chǎn)生粗調(diào)頻率鎖定范圍,相位鎖定環(huán)路產(chǎn)生細(xì)調(diào)頻率鎖定范圍。頻率鎖定環(huán)路將壓控振蕩器2輸出進(jìn)行分頻后給到鑒頻鑒相器,使得可以通過較低的參考輸入頻率就能夠產(chǎn)生較高的輸出頻率,使壓控振蕩器2輸出頻率為N×參考輸入頻率。同時(shí)頻率鎖定環(huán)路的控制電壓可以給到壓控振蕩器1,使壓控振蕩器1的振蕩頻率接近或等于目標(biāo)鎖定頻率上,相位跟蹤環(huán)路中的鑒相器可以將壓控振蕩器1輸出精確調(diào)整至和數(shù)據(jù)輸入相同的速率,其中低通濾波器的截止頻率決定了鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬。

圖 4 鎖相環(huán)方式時(shí)鐘恢復(fù)原理框圖

  恢復(fù)出的時(shí)鐘信號抖動取決于壓控振蕩器的固有抖動和鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬,環(huán)路能夠追蹤并抑制環(huán)路帶寬內(nèi)的抖動,忽略環(huán)路帶寬外的抖動,超過環(huán)路帶寬截止頻率越多,抑制效果越差,圖 5為我們展示了一個(gè)抖動傳遞曲線。環(huán)路帶寬外對抖動抑制和頻率的關(guān)系成為帶外滾降系數(shù),在諸多標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中有定義完美鎖相環(huán)“Golden PLL”帶外滾降系數(shù)為20dB/十倍頻以及具有和數(shù)據(jù)速率恒定比例的環(huán)路帶寬數(shù)值(當(dāng)輸入數(shù)據(jù)速率變化時(shí)環(huán)路帶寬應(yīng)隨之改變)。

圖 5 抖動傳遞曲線

  環(huán)路帶寬越窄,恢復(fù)出的時(shí)鐘信號抖動越小;反之,環(huán)路帶寬越寬,恢復(fù)出的時(shí)鐘信號抖動越大。將恢復(fù)出的時(shí)鐘信號作為采樣示波器的觸發(fā)信號時(shí),對于同樣抖動的輸入數(shù)據(jù)信號來說,時(shí)鐘信號抖動越小,測量到的數(shù)據(jù)抖動越大,時(shí)鐘信號抖動越大,測量到的數(shù)據(jù)抖動越小。由于時(shí)鐘中的抖動和數(shù)據(jù)中的抖動是同源的,因此以時(shí)鐘作為基準(zhǔn)對數(shù)據(jù)采樣時(shí),保持相同的抖動速率和幅度,反而對于采樣結(jié)果更加穩(wěn)定!這也是為什么標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議需要定義眼圖測試時(shí),時(shí)鐘恢復(fù)單元的環(huán)路帶寬,否則測量到的結(jié)果可能是不真實(shí)的。

  如圖 6所示,對于同一個(gè)含有抖動的信號進(jìn)行眼圖測試,左側(cè)為環(huán)路帶寬大于抖動頻率時(shí)眼圖測試結(jié)果,右側(cè)為環(huán)路帶寬小于抖動頻率時(shí)眼圖測試結(jié)果。由此可見,當(dāng)時(shí)鐘恢復(fù)環(huán)路帶寬設(shè)置不恰當(dāng)時(shí),可能帶來錯(cuò)誤的測試結(jié)論!

圖 6 不同環(huán)路帶寬恢復(fù)出時(shí)鐘做觸發(fā)的抖動信號眼圖

  所有的總線標(biāo)準(zhǔn)(比如ETH以太網(wǎng)、OIF-CEI光聯(lián)盟、PCIe、USB3.0、SATA等)根據(jù)速率和協(xié)議有不同的環(huán)路帶寬要求,如圖 6所示,因此也要求時(shí)鐘恢復(fù)單元能夠提供合適的可變的環(huán)路帶寬,以應(yīng)對復(fù)雜的測試要求。

  03、選擇時(shí)鐘恢復(fù)有哪些指標(biāo)功能需要注意

   1 速率范圍在滿足被測件工作速率范圍的情況下,要留一定余量

  一方面被測件有些臨界測試需要超范圍使用,另一方面數(shù)據(jù)包含抖動時(shí),實(shí)際鎖定范圍需要比工作速率范圍更寬,否則會導(dǎo)致失鎖。

  2 輸入靈敏度要低于被測件輸出幅度

  輸入靈敏度需要低于被測件輸出幅度,否則會導(dǎo)致無法正常鎖定或者穩(wěn)定鎖定輸入信號。

  3 恢復(fù)信號固有隨機(jī)抖動要盡量低于被測件隨機(jī)抖動

  恢復(fù)信號固有抖動要盡量低于被測件隨機(jī)抖動,恢復(fù)出的時(shí)鐘信號抖動會跟隨輸入信號抖動,當(dāng)輸入信號抖動下降時(shí),恢復(fù)出的時(shí)鐘信號抖動也會隨之下降,但是一旦達(dá)到了恢復(fù)信號固有抖動時(shí),輸出的信號質(zhì)量不會進(jìn)一步改善。

  4 環(huán)路帶寬需要能夠調(diào)節(jié),能夠滿足協(xié)議規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求,以及對于發(fā)送和接收端測試調(diào)試要求

  不同的協(xié)議對環(huán)路帶寬有不同的需求,為了適應(yīng)更廣泛的測試環(huán)境,時(shí)鐘恢復(fù)的環(huán)路帶寬需要能夠調(diào)節(jié),以保證測量結(jié)果準(zhǔn)確性和合規(guī)性。

  5 追蹤范圍要盡量大

  當(dāng)輸入數(shù)據(jù)和設(shè)定范圍有小的偏差時(shí),需要時(shí)鐘恢復(fù)單元也能夠正常鎖定,允許的偏差范圍即是追蹤范圍。那么以64GBd輸入數(shù)據(jù)速率時(shí),追蹤范圍±1000ppm意味著64GBd±64M的范圍內(nèi)都能夠正常鎖定。

  6 具有自動重鎖功能

  在自動化測試環(huán)境中,為了提升測試效率,往往在測試系統(tǒng)中配備了開關(guān)以完成自動化切換,在切換過程中會有短暫的信號丟失(無信號)過程,這時(shí)如果時(shí)鐘恢復(fù)單元具有自動重鎖功能,則不需要用戶進(jìn)行任何操作,即可以重新鎖定,簡化了測試流程。

  7 具有鎖定測頻功能

  由于時(shí)鐘恢復(fù)單元在追蹤范圍內(nèi)能夠?qū)斎胄盘栠M(jìn)行鎖定,因此實(shí)際的輸入信號速率需要能夠展示給用戶,方便觀測設(shè)備是否工作正常。

  8 輸出分頻比可配置

  在配合接收機(jī)使用時(shí),可能需要時(shí)鐘恢復(fù)輸出1/2速率時(shí)鐘或者1/4時(shí)鐘,再配合示波器使用時(shí),可能需要時(shí)鐘恢復(fù)輸出一個(gè)低于3.2GHz的時(shí)鐘,為了應(yīng)對不同的使用場景,時(shí)鐘恢復(fù)單元的時(shí)鐘輸出通常需要提供時(shí)鐘分頻能力。

  04、中星聯(lián)華SL3300A系列有哪些特點(diǎn)

支持NRZ/PAM4信號

速率范圍:18GBd至64GBd

內(nèi)部可集成光電轉(zhuǎn)換模塊/光功分模塊/電功分模塊

可調(diào)環(huán)路帶寬,最大可至20MHz

可工作在時(shí)鐘恢復(fù)模式和時(shí)鐘產(chǎn)生模式

支持本地控制和遠(yuǎn)程控制

支持輸入均衡

10檔可調(diào)峰值(peaking)

抖動頻譜分析功能


  05、中星聯(lián)華SL3300A系列性能指標(biāo)

  ① 不同速率有所區(qū)別

  ② 在NRZ,PRBS13條件下進(jìn)行校準(zhǔn)

  ③ 視環(huán)路帶寬不同有所區(qū)別

  ① 不同速率有所區(qū)別

  ② 在NRZ,PRBS13條件下進(jìn)行校準(zhǔn)

  ③ 視環(huán)路帶寬不同有所區(qū)別


END

以創(chuàng)新測試測量工具

推動行業(yè)發(fā)展

中星聯(lián)華科技(北京)有限公司

電話:010-81028321

傳真:010-81028322

售前咨詢:400-1818-879

網(wǎng)址:www.sinolink-technologies.com

  中星聯(lián)華科技(Sinolink Technologies)成立于2009年,長期從事高頻率、高速率、大帶寬、寬頻帶測試測量技術(shù)研發(fā),為衛(wèi)星通信、雷達(dá)、復(fù)雜電磁環(huán)境等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域及5G移動通信、高速互連等新興行業(yè)提供穩(wěn)定可靠、性能卓越的專屬測試測量工具。

  聚焦成就專業(yè),創(chuàng)新服務(wù)應(yīng)用。深度理解行業(yè)應(yīng)用,依托傳統(tǒng)測試測量理論和技術(shù),協(xié)同行業(yè)領(lǐng)軍精英共同致力于改善測試工具的實(shí)用性、便捷性和經(jīng)濟(jì)性,幫助工程師將更多時(shí)間與精力投入到研發(fā)、生產(chǎn)的本身。以創(chuàng)新測試工具加速相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展,推動所服務(wù)行業(yè)的迭代更新,為人類文明進(jìn)步增磚添瓦。

內(nèi)容來自:中星聯(lián)華
本文地址:http://getprofitprime.com//Site/CN/News/2022/09/21/20220921015615473996.htm 轉(zhuǎn)載請保留文章出處
關(guān)鍵字: 時(shí)鐘恢復(fù) 中星聯(lián)華
文章標(biāo)題:深入淺出了解時(shí)鐘恢復(fù)
【加入收藏夾】  【推薦給好友】 
1、凡本網(wǎng)注明“來源:訊石光通訊網(wǎng)”及標(biāo)有原創(chuàng)的所有作品,版權(quán)均屬于訊石光通訊網(wǎng)。未經(jīng)允許禁止轉(zhuǎn)載、摘編及鏡像,違者必究。對于經(jīng)過授權(quán)可以轉(zhuǎn)載我方內(nèi)容的單位,也必須保持轉(zhuǎn)載文章、圖像、音視頻的完整性,并完整標(biāo)注作者信息和本站來源。
2、免責(zé)聲明,凡本網(wǎng)注明“來源:XXX(非訊石光通訊網(wǎng))”的作品,均為轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。因可能存在第三方轉(zhuǎn)載無法確定原網(wǎng)地址,若作品內(nèi)容、版權(quán)爭議和其它問題,請聯(lián)系本網(wǎng),將第一時(shí)間刪除。
聯(lián)系方式:訊石光通訊網(wǎng)新聞中心 電話:0755-82960080-168   Right