视频简介
马卓凡
1、什么是抖动
视频讲解中的第一个时钟信号,就有明显的抖动现象,看起来信号的边沿在一定范围内飘忽不定,如下图
2、为什么要测抖动
对于数字通信系统,时钟架构通常有源同步方式,比如DDR总线,DQS锁存数据总线,用Clock信号所存地址和命令总线,同步时钟或锁存信号需要和同步传输的数据地址等总线需要满足一定的建立保持时间要求。
所以在设计和验证阶段应该测量抖动参数,对抖动问题进一步分析,找到抖动根源,进而改善设计减少抖动,提升系统传输的可靠性。
3、如何描述抖动
首先我们来看一看如何测量抖动,针对上述的抖动测量对象,Infiniium软件界面打开EZJIT,选择测量项,示波器基于一定的采样深度,捕获信号波形,抖动测量会打开“Measure All Edges”软件会对采集波形中每一个边沿都进行抖动分析,在持续触发运行状态累计测试样本,可以得到上述的抖动参数测量结果。建议累计到足够多的样本,等待Std Dev也就是标准方差这个参数基本保持稳定的时候,记录这个数值。也有一些规范标准会推荐在采集如1M个UI(位宽)情况下进行抖动参数的测量,示波器的采集深度就可以通过示波器采样率和信号速率进行计算,计算公式如 (1/DataRate)x 1M x SampleRate
另外,有一些时钟芯片给出Phase Jitter的指标,这是相位噪声(Phase Noise)在一定频率范围内的积分,比如很多数字通信标准会关注12K~20M范围内的相位噪声,时钟的Phase Jitter测量最精确的测量方案是SSA信号源分析仪E5052B,这个参数其实是抖动在频域的表示方式,如果在时域用示波器测量这个参数,接近的测量参数是TIE,在TIE测量时可以设定TIE Filter,设置上下截止频率,这样尽量逼近芯片给出参数的测试条件。
为了显示干净的趋势图,在软件里也需要打开平滑功能,将噪声滤除,在SAS等某些标准明确规定了对抖动趋势图加入低通滤波函数再做测量。其实平滑等效于低通滤波,平滑点数越多,等效低通滤波的带宽越小,这个关系式 BWsmooth≈0.4428 Fs/N (Fs为示波器采样率,N为平滑点数)。
5、找出抖动根源
业内普遍认可基于双迪拉克模型的抖动分解方法,这个理论认为抖动主要分为随机抖动Rj和确定性抖动Dj两大类,随机抖动被认为是高斯分布,理论上是无边界的,通常用有效值来衡量,确定性抖动Dj是有边界的,可以用峰峰值表征。抖动总的分布由随机性抖动分布函数和确定性抖动分布函数在数学上通过卷积运算形成,基于一定的统计概率或误码率,可以确定总抖动的值。
从这张图中,我们可以看到抖动中的各种类型的抖动成分测量结果,通过这些抖动成分的成因,我们可以探索降低显著的抖动成分,如改善互连降低ISI抖动,调整芯片驱动等参数降低DCD抖动,通过散热和供电等改善热噪声引起的随机抖动,屏蔽和改善电源地平面及信号回路设计减少外界影响的周期性的抖动,由于篇幅的关系本文不再详细描述各种抖动类型的成因,感兴趣的读者可以阅读Keysight公司的抖动相关应用文章或咨询Keysight公司的技术工程师。
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