Transceiver對電源文波噪聲的要求

XILINX在Transceiver用戶手冊里提出了對模擬電源的文波噪聲要求：10mV p-p 10kHz~80Mhz。大多數客戶一看到該指標要求的第一反應是——我做不到，XILINX的Transceiver不好，對電源要求太嚴了!

事實是這樣的嗎？不是。XILINX在其用戶手冊里給出該指標，是為了方便客戶作電源設計。因為，有數據可以參考了。很多其他供應商沒有給出該指標要求，不等于沒有要求。他們往往是通過應用筆記等其他形式規定具體的濾波網絡來達到他們的要求，這樣反而減小了客戶的應用靈活性，往往是不可能嚴格實現的。因為客戶的器件庫不見得有供應商推薦的器件。

隨著Transceiver的工作速率越來越高，通道數越來越多，需要的電源電流越來越大。原來的LDO+LC濾波網絡架構受到挑戰，電源效率太低，散熱是大問題。因此，在實際的應用中不得不考慮用DC/DC給Transceiver供電，選擇怎樣的DC/DC？沒有技術指標，看來是不可接受的了。

XILINX給出10mV p-p 10kHz~80Mhz的指標是有依據的，可實現的。XILINX最早在UG366里給出該指標時做過電源噪聲到輸出Jitter的傳遞函數測試，結果如圖1：

圖1 電源文波噪聲到輸出Jitter的傳遞函數曲線

可見，隨著頻率的升高，每毫伏產生的輸出Jitter增加。在10MHz時的靈敏度大約是1.5pS/mV。我們再來看看Tranceiver對哪個頻點的Jitter最敏感？能容忍多少Jitter惡化？根據GTX的特性報告RPT120， 10MHz的Jitter對CDR的性能惡化最敏感（圖2）。根據GTX的特性報告RPT120，可以接受約0.1UI（16pS @6.5Gbps）的Jitter惡化（圖3）。此時，對CDR的性能只有微弱影響。

圖2.在不同頻點注入0.4UI的Jitter的CDR 抖動容忍度曲線

圖3. 在10MHz頻點注入不同Jitter的CDR 抖動容忍度曲線

但是，對于電源測試來說，10mV p-p 10kHz~80Mhz的指標確實是挑戰。很多儀表（示波器）的本底噪聲可能已經接近5mV，如果探頭系統不用細同軸線加DC Block的辦法，從探頭引入的噪聲可能已經超過了10mV p-p。因此，需要選用本底噪聲低的示波器，最好有可調頻點的濾波器，只測10kHz~80Mhz頻率段。將示波器的垂直分辨率調到5mV/格，水平方向設成100uS/格，作長余輝測試（見圖4）。量其最大峰峰值，要求不超過10mV。如果發現最大峰峰值有少量超過10mV，我們可以用頻譜儀作一個附加測試，看看主要的噪聲頻譜在什么地方（見圖5）？如果不在敏感頻率上（比如10MHz），而是在低頻段（比如1MHz以下），對系統的性能就不會有較大的影響。可以不處理，因為在低頻段對電源濾波作處理的代價很大。比如，需要換用LDO，增加系統散熱負擔。

圖4 長余輝法測試電源噪聲

圖5 頻譜儀法測試電源噪聲譜

從最近幾年的工程實踐來看，即使是沒有使用單獨的DC/DC模塊給SERDES供電，也沒有引起SERDES問題。即使測量發現問題，也都是測量本身未按正確方法測引入的問題。因此，XILINX給出的電源文波噪聲的要求是科學的、合理的可以實現和驗證的。