時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)量

1、lingyun tia n得個(gè)人空間cop yBookmark個(gè)人博客 好友專(zhuān)業(yè)論壇留言空間管理您得位置:中國(guó)電子頂級(jí)開(kāi)發(fā)網(wǎng)（EETOP）-電子設(shè)計(jì)論壇、博客、超人 氣得電子工程師資料分享平臺(tái)？ lin gyu ntian 得個(gè)人空間？ 日志信號(hào)完整性分析基礎(chǔ)系列之九一一時(shí)鐘得抖動(dòng)測(cè)量與分析上一篇 / 下一篇 2011-04-11 15:02:36 /個(gè)人分類(lèi)：高速信號(hào)設(shè)計(jì)查瞧（1347 ）/ 評(píng)論（0 ）/ 評(píng)分（0 /0 ）信號(hào)完整性分析基礎(chǔ)系列之九時(shí)鐘得抖動(dòng)測(cè)量與分析張昌駿美國(guó)力科公司深圳代表處摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了時(shí)鐘得抖動(dòng)定義、各種抖動(dòng)得應(yīng)用范圍、抖動(dòng)得分解與基于示波 器得測(cè)量與分析方

2、法。關(guān)鍵詞：時(shí)鐘，抖動(dòng)測(cè)量，抖動(dòng)分析，相位噪聲，實(shí)時(shí)示波器時(shí)鐘就是廣泛用于計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子產(chǎn)品得元器件，包括晶體振蕩器與鎖相 環(huán)，主要用于系統(tǒng)收發(fā)數(shù)據(jù)得同步與鎖存。如果時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)抖動(dòng)較大，可能 出現(xiàn)：并行總線中數(shù)據(jù)信號(hào)得建立與保持時(shí)間余量不夠、串行信號(hào)接收端誤碼率高、系 統(tǒng)不穩(wěn)定等現(xiàn)象，因此時(shí)鐘抖動(dòng)得測(cè)量與分析非常重要。時(shí)鐘抖動(dòng)得分類(lèi)與定義eriod Jitter )與相鄰周期抖動(dòng)(cycle to cycle jitter）三種抖動(dòng)。TIE又稱(chēng)為phase jitter ,就是信號(hào)在電平轉(zhuǎn)換時(shí)，其邊沿與理想時(shí)間位置得偏移量。理想時(shí)間位置可以從待測(cè)試時(shí)鐘中恢復(fù)，或來(lái)自于其她參考

3、時(shí)鐘。Period Jitter就是多個(gè)周期內(nèi)對(duì)時(shí)鐘周期得變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與測(cè)量得結(jié)果。Cycle to cycle jitter是時(shí)鐘相鄰周期得周期差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與測(cè)量得結(jié)果。對(duì)于每一種時(shí)鐘抖動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與測(cè)量，可以得到其抖動(dòng)得峰峰值與 RMSt（有效值），峰峰值就是所有樣本中得抖動(dòng)得最大值減去最小值,而RMS直就是所有樣本統(tǒng)計(jì)后得標(biāo)、Cycle to Cycle jitter準(zhǔn)偏差。如下圖1為某100M時(shí)鐘得TIE、Period Jitter峰峰值與RMS直得計(jì)算方法。-JSUDOMHk時(shí)艸，第一個(gè)到弟口個(gè)冏期分別為9.9ns, 10.1ns, 9.9ns. tO.Ofis,假謨JXXE想時(shí)筑因走

4、徃gtis-TIE JitterT- T1 n= 0.1, T2 = 10*10.1 = -0.1. T3 = 10-9.3 = 0.1 Ta = li D IO = O，TIE pkpk ritt- = O.1(-0.1) = ns-TIE FlftflS JIfler =倉(cāng) ISfrTI. T4 的標(biāo)?ff w誓 Period J htr= 10.1 P3 三 e.9 P4 = 10= PcfitKl Jitter ph-pk VidiLh* = 10.1 - 9.90.2 ms亠 PeriodRIHAS uMuie =妄數(shù)戸1-P4 腳価推倔起Cycl4 to Cycle Jitter-

5、C1 S M-P1 1 0.1 -fl.d = 0.3 C2 = P3-P? B -0.2 C3 = P-Pl10T.9 = 0.1 cycle te cycle jitter pk-fk vniue = OA ns* Cycle to cyciv Jitter RMS viikie的標(biāo) ftf標(biāo)準(zhǔn)帕蛙的計(jì)算公式1:三種時(shí)鐘抖動(dòng)得計(jì)算方法時(shí)鐘抖動(dòng)得應(yīng)用范圍TIE抖動(dòng)就圖2 :收發(fā)器TX端示意圖在三種時(shí)鐘抖動(dòng)中，在不同得應(yīng)用范圍需要重點(diǎn)測(cè)量與分析某類(lèi)時(shí)鐘抖動(dòng)。是最常用得抖動(dòng)指標(biāo)，在很多芯片得數(shù)據(jù)手冊(cè)上通常都規(guī)定了時(shí)鐘TIE抖動(dòng)得要求。對(duì)于串行收發(fā)器得參考時(shí)鐘，通常測(cè)量其TIE抖動(dòng)。如下圖2所示，

6、在2、5Gbps得串行收發(fā)器芯片得發(fā)送端，參100MHz鎖相環(huán)25倍頻到2、5GHz后，為Serializer（并行轉(zhuǎn)串行電路）提供時(shí)鐘。當(dāng)參考時(shí)鐘抖動(dòng)減小時(shí)，TX輸出得串行數(shù)據(jù)得抖動(dòng)隨之減小，因此，需要測(cè)量該參考時(shí)鐘得TIE抖動(dòng)。另外，用于射頻電路得時(shí)鐘通常也需測(cè)量其TIE抖動(dòng)（相位抖動(dòng)）。TXP考時(shí)鐘為圖3:共同時(shí)鐘總線時(shí)序示意圖在并行總線系統(tǒng)中，通常重點(diǎn)關(guān)注period jitter 與 cycle to cycle jitter。比如在共同時(shí)鐘總線（com mon clock bus）中（如圖3所示），完整得數(shù)據(jù)傳輸需要兩個(gè)時(shí)鐘脈沖，第一個(gè)脈沖用于把數(shù)據(jù)IO Buffer ，第二個(gè)脈沖

7、將數(shù)據(jù)鎖存到接收芯片中，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)讓數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端，當(dāng)發(fā)送端到接收端傳輸延遲（flight tim e）過(guò)大時(shí)，數(shù)據(jù)得建立時(shí)間不夠，傳輸延遲過(guò)小時(shí)，數(shù)據(jù)得保持時(shí)間不夠；同理，當(dāng)這一個(gè)時(shí)鐘得周期值偏大時(shí)，保持時(shí)間不夠；周期值偏小時(shí)，建立時(shí)間不夠?？梢?jiàn)，時(shí)鐘周期得變化直接影響建立保持時(shí)間，需要測(cè)量Period jitter 與cycle to cycle jitter。關(guān)于共同時(shí)鐘總線得時(shí)序分析得詳細(xì)講解，請(qǐng)參考Stephen H、Hall、GarrettW Hall與James A、McCall寫(xiě)得信號(hào)完整性分析書(shū)籍：High-Speed Digital System Desig

8、n。I Clock * T4 tirDOndU 1u D2rillingReceiving團(tuán)蕪英同時(shí)鐘吋庫(kù)示意團(tuán)鎖存到發(fā)送芯片得另外一種常見(jiàn)得并行電路源同步總線(Source Syn chro nous bus )，通常也重點(diǎn)測(cè)量 period jitter 與 cycle to cycle jitter。比如DDR2就屬于源同步總線，在Intel DDR2 667/800 JEDEC Sp ecificati on Adde ndum規(guī)范中定義了時(shí)鐘得抖動(dòng)測(cè)試包括周期抖動(dòng)與相鄰周期抖動(dòng)，分別如表格1中tJIT(per)與tJIT(cc)，此外，還需要測(cè)量N-Cycle jitter ，即N個(gè)

9、周期得相鄰周期抖動(dòng)，比如表格1中tERR(2per)就是連續(xù)2個(gè)周期得周期值與下2個(gè)周期得周期值得時(shí)間差，tERR(3per)就是3個(gè)周期組合得相鄰周期抖動(dòng)，依此類(lèi)推。PdidmeJerSflTgAtfefao? tiDC renodJCktawc)rtftyl tAArurrwMiCfccR 旳 nod tfiiar cumaDU-iocnic (Hncdtjrr；i!r.ckl臥陰 todockLtTgr pvbc EttiCF沖low WHlA 占已ntcuavgii-btf pqnoJ JiHur3030 dis -ICO 0240115225253HP如a.tsliftHO17&22

10、52S0mMOD-530.5JJOOSD.300-IW-1?5 ZOO .20( JW4 (k嵋 otsIMUrii 牡PS咋PS1W1曲抑20ft4500.62o.ej100nsPS矗ps卩5I*t：Ki 啊)KTpe1: DDR2-667/800得時(shí)鐘抖動(dòng)要求時(shí)鐘抖動(dòng)得來(lái)源與分解時(shí)鐘得抖動(dòng)可以分為隨機(jī)抖動(dòng)(Random Jitter，簡(jiǎn)稱(chēng)Rj)與固有抖動(dòng)(Deterministic jitter )，隨機(jī)抖動(dòng)得來(lái)源為熱噪聲、Shot Noise與Flick Noise，與電子器件與半導(dǎo)體器件得電子與空穴特性有關(guān)，比如ECL工藝得PLL比TTL與CMO工藝得PLLPCB布有更小得隨機(jī)抖動(dòng)；固

11、定抖動(dòng)得來(lái)源為：開(kāi)關(guān)電源噪聲、串?dāng)_、電磁干擾等等，與電路得設(shè)計(jì)有關(guān)，可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)改善，比如選擇合適得電源濾波方案、合理得局與布線。與串行數(shù)據(jù)得抖動(dòng)分解很相似，時(shí)鐘得抖動(dòng)可以分為 Dj與Rj。但不同得就是，時(shí)鐘得固有抖動(dòng)中通常只有周期性抖動(dòng)（Pj）,不包括碼間干擾（ISI ）。當(dāng)時(shí)鐘得上下 邊沿都用來(lái)鎖存數(shù)據(jù)時(shí)占空比時(shí)鐘（ DCD計(jì)入固有抖動(dòng)，否則不算固有抖動(dòng)。時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)量方法在上個(gè)世紀(jì)90年代，抖動(dòng)得測(cè)量方法非常簡(jiǎn)單，示波器觸發(fā)到時(shí)鐘得一個(gè)上升沿,使用余輝模式，測(cè)量下一個(gè)上升沿余輝在判定電平上（通常為幅度得50%）得水平寬度。測(cè)量水平寬度有兩種方法。第一種使用游標(biāo)測(cè)量波形邊沿余輝得寬度，

12、如下圖4所示。由于像素偏差或屏幕分辨率（量化誤差）會(huì)降低精度，而且引入了觸發(fā)抖動(dòng)，所以這種方法誤差較大。4:使用模擬余輝加游標(biāo)來(lái)測(cè)量抖動(dòng)第二種使用直方圖，對(duì)邊沿余輝得水平方向進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，如下圖5所示。測(cè)量直方圖得最左邊到最右邊得間距即為抖動(dòng)得峰峰值（168皮秒）。這種方法得缺點(diǎn)就是:引入了示波器得觸發(fā)抖動(dòng)；一次只測(cè)量一個(gè)周期，測(cè)試效率低，某些出現(xiàn)頻率低得抖動(dòng)5:使用模擬余輝加直方圖來(lái)測(cè)量抖動(dòng)隨著測(cè)試儀器技術(shù)得發(fā)展與進(jìn)步，目前，示波器得抖動(dòng)分析軟件不再就是測(cè)量一兩個(gè)周期波形后分析抖動(dòng)，而就是一次測(cè)量多個(gè)連續(xù)比特位，計(jì)算與統(tǒng)計(jì)所有比特位得抖動(dòng)，測(cè)量得數(shù)據(jù)量非常大、效率非常高。如下圖6所示為某5

13、0MHZ寸鐘得Period抖動(dòng)測(cè)試，示波器得抖動(dòng)測(cè)試軟件可以一次測(cè)量所有周期得周期值,RMS值,如下圖7所示為某時(shí)鐘周期抖動(dòng)得直方圖分析,樣本數(shù)量為103k個(gè)i，周期抖動(dòng)得峰峰值為80、45皮秒，周期抖動(dòng)得 RMSa為9、25皮秒。樣本數(shù)就為個(gè):IK牛周跚耳:網(wǎng)網(wǎng) 円昭如矗P*-F5-P6.-“魯 弋？ 暮山攀Period JrtterRMSJ Period Jitter PKPKpT -P3- -計(jì)算出抖動(dòng)得峰峰值與6：連續(xù)比特位得抖動(dòng)測(cè)量方法將已測(cè)量得每個(gè)周期得抖動(dòng)值做直方圖，可以統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù)量得抖動(dòng)得峰峰值與7:在抖動(dòng)直方圖中測(cè)量峰峰值與有效值相位噪聲與TIE抖動(dòng)在一些時(shí)鐘芯片得數(shù)據(jù)手冊(cè)上

14、規(guī)定了相位噪聲（Phase noise ）得指標(biāo)要求，相噪 可以理解為T(mén)IE抖動(dòng)在頻域得表達(dá)方式，通常就是使用某些頻譜儀或相噪測(cè)試儀測(cè)量出來(lái)得，單位通常為dBc/Hz，比如某頻率為1MHZ得晶振得相噪為:-145dBc/Hz 100Hz-160dBc/Hz 1kHz-165dBc/Hz 10kHz圖8 :時(shí)鐘得頻譜與相噪如圖8所示為該時(shí)鐘得頻譜，在頻點(diǎn)fc+100Hz 得功率與fc頻點(diǎn)（即時(shí)鐘頻率）得功 率得比值取對(duì)數(shù)后為-145dB，在頻點(diǎn)fc+1kHz得功率與時(shí)鐘頻率得功率之比為 -160dB,在頻點(diǎn)fc+10kHz得功率與時(shí)鐘頻率得功率之比為-165dB。在安裝了相噪分析軟件得頻譜儀（或

15、者相噪儀）上，通過(guò)對(duì)圖 8得陰影部分得求面積后進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算，可以得到該時(shí)鐘100Hz到10kHz得TIE得RMS4動(dòng)值。對(duì)于某些精準(zhǔn)得晶振，在某頻段內(nèi)得RMS4動(dòng)可以小于幾百fs。由于實(shí)時(shí)示波器得抖動(dòng)噪聲基底大約在2ps左右，對(duì)于這類(lèi)晶振得抖動(dòng)測(cè)試，無(wú)法使用實(shí)時(shí)示波器得測(cè)量到，必須使用頻譜儀或相噪儀測(cè)量。關(guān)于相位噪聲與TIE抖動(dòng)得換算，可以參考相噪測(cè)試儀廠商得技術(shù)文檔。時(shí)鐘碩譜ft 二 1加丁時(shí)鐘抖動(dòng)得分析在時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)量時(shí)，可以在三個(gè)域分析抖動(dòng)，即在時(shí)域分析抖動(dòng)追蹤（jitter tra9所示，左ck/trend ）、在頻域觀察抖動(dòng)得頻譜、在統(tǒng)計(jì)域分析抖動(dòng)得直方圖。如下圖上角得F2為某100M

16、Hz時(shí)鐘，P1就是時(shí)鐘得TIE參數(shù)測(cè)量；右上角得 F3就是TIE抖動(dòng)得直方圖，直方圖不就是高斯分布，可見(jiàn)時(shí)鐘存在固有抖動(dòng)。H.-9:時(shí)鐘抖動(dòng)在時(shí)域、頻譜、統(tǒng)計(jì)域得分析-.11ai - nVJBv!icun-；1亠U沁S 1左下角得F4為T(mén)IE track （即TIE抖動(dòng)隨時(shí)間變化得趨勢(shì)），從TIE Track中可以瞧到周期性得變化趨勢(shì)；右下角得 F5就是F4得FFT運(yùn)算，即抖動(dòng)得頻譜，頻譜得峰值頻率為515kHz,說(shuō)明該時(shí)鐘得周期性抖動(dòng)（Pj）得主要來(lái)源為515kHz,找到頻點(diǎn)后，可以查找電路板上主頻或諧波為該頻率得芯片與PCE走線，進(jìn)一步調(diào)試與分析。參考文獻(xiàn)、McCall, ” High-S

17、peed Dig1, Stephen H、Hall、Garrett W、Hall and James Aital System Desig n”、2, Mike Pe ng Li, Jitter, Noise, and Sig nal In tegrity at High-s peed全部腳印不留腳印留下腳印:187703kechaolidora891015797618189182217306517006ECT Pjackzhang導(dǎo)入論壇 收藏 分享給好友 管理 舉報(bào)TAG:杳瞧全部評(píng)論-5-3-1-+1+3+5 評(píng)分：0 我來(lái)說(shuō)兩句 顯示全部o抄 營(yíng)監(jiān)氐s e 內(nèi)容昵稱(chēng)加入事件顕提交評(píng)論lingyun tia n用戶(hù)菜單給我留言 加入好友 發(fā)短消息 我得介紹 論壇資料 空間管理我得欄目心情咼速信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)電/模電基礎(chǔ)EA測(cè)試標(biāo)題搜索搜索I日歷? 2015-02-12日一二二四五、.八12345678910111213141516171819202122232425262728我得存檔2011年06月 2011年05月 2011年04月 2011年03月 2011年02月 2011年01月 2010年12月 2010年11月 2010年10月