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详解不同类型的时钟抖动

2011-01-31 09:38
默菲
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  抖动定义为信号距离其理想位置的偏离。本文将重点研究时钟抖动,并探讨下面几种类型的时钟抖动:相邻周期抖动、周期抖动、时间间隔误差(TIE)抖动、相位噪声及相位抖动。

  时钟抖动简介

  时钟抖动是时钟沿距离其理想位置的偏离。在应用中理解时钟抖动非常重要,因为它在系统时序预算方面肩负关键角色。它还能帮助系统设计人员理解系统时序余量。随着系统数据率越来越高,时序抖动在系统设计中已经变得更加关键,如在某些案例中系统性能限制由系统时序余量来确定,因此充份了解时序抖动在系统设计中变得更加重要。总抖动可分为随机抖动和确定性抖动等分量。本文并不探讨抖动的组成,而把重点放在时钟抖动的不同类型。时钟时序抖动可以在时域以及频域测量。相邻周期抖动、周期抖动及时间间隔误差(TIE)抖动在时域测量,而相位噪声和相位抖动在频域测量。部分抖动源包括热噪声、电源噪声、地弹噪声(ground bounce)、锁相环(PLL)电路、串扰及反射。图1为时钟抖动示例。

  图1: 时钟抖动示例。

  图1: 时钟抖动示例

  时钟抖动的不同类型

  (1)相邻周期抖动 :测量的是1,000个时钟周期内任意2个相邻时钟周期之间的时钟周期(clock period)变化。

  相邻周期抖动均方根值(RMS)——测量1,000个时钟周期内任意2个相邻时钟周期之间的时钟周期测量值偏离。

  相邻周期抖动峰-峰值——测量的是1,000个时钟周期内任意2个相邻时钟周期间的最小时钟周期变化与最大时钟周期变化之差。

  相邻周期抖动测量用于确定应用中的高频抖动,因为它测量了两个相邻时钟周期之间的抖动。获得较小的逐周期抖动值非常重要,因为它影响系统时序余量。

  (2)周期抖动:周期抖动测量的是10,000个时钟周期波形内某个时钟周期的时钟周期最大偏离。

  周期抖动均方根值—— 测量10,000个时钟周期内时钟周期测量值的标准偏离。

  周期抖动峰-峰值 – 测量的是10,000个时钟周期内最小时钟周期与最大时钟周期测量值之差。

  周期抖动测量用于确定应用的低频抖动,因为它藉测量10,000个时钟周期内的时钟周期偏离来测量抖动。周期抖动用于计算系统时序余量。图2是森美半导体可编程时钟NB3N3020的周期抖动测量示例。

  图2: 安森美半导体可编程时钟NB3N3020的周期抖动测量示例:

  图2: 安森美半导体可编程时钟NB3N3020的周期抖动测量示例

  安森美半导体的可编程时钟NB3N3020拥有极佳的可编程时钟抖动性能,典型周期抖动均方根值为3皮秒(ps)。

  (3) 时间间隔误差(TIE)抖动

  时间间隔误差或TIE抖动测量的是时钟每个工作沿(active edge)与相应理想时钟沿的距离。

  * 时间间隔误差(TIE)抖动均方根值——测量时序误差的标准偏离

  * 时间间隔误差(TIE)峰-峰值——测量最小与最大时序误差之差

  时间间隔误差抖动对时钟及数据恢复(CDR)PLL很重要,它显示CDR中的PLL是否能够追踪涌入的数量流。时间间隔误差抖动较大就表明该CDR PLL无法恰当地追踪涌入数据流的变化。图3是安森美半导体NB3N3002时钟产生器TIE抖动测量示例。

  图3:安森美半导体NB3N3002时钟产生器TIE抖动测量示例:

  图3:安森美半导体NB3N3002时钟产生器TIE抖动测量示例

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