高速互聯鏈路中參考時鐘的抖動分析與測量

高速互聯鏈路介紹
任何一個通信鏈路都包含三個部分：發送器（TX）、媒質（信道）、接收器（RX）。對于高速的串行互聯鏈路也包含這三個部分，如下圖1所示為一個典型的高速互聯鏈路的結構圖。其中發送器包括了：并行轉換串行、編碼（比如8b10b編碼）、發送信號優化（如預加重）、發送驅動等功能。接收器包括了：時鐘恢復、數據恢復、接收信號優化（如均衡）、串行轉化并行、解碼等功能。傳輸通道則由印刷電路板的走線、過孔、連接器、插卡的金手指、電纜、光纖等組成。

從整個鏈路的組成來看，發送器參考時鐘的抖動在串并轉換時就引入到整個鏈路中，影響著TX端發送出的數據的抖動，而接收器要從這些數據中恢復出時鐘來進行后續的處理。可以看出發送器參考時鐘的性能對整個鏈路的性能起到很關鍵的作用。本文從時鐘抖動的相關概念、測試實例、測試注意事項、測試難點幾方面對時鐘抖動測試進行分析和探討。

圖1：串行互聯鏈路的結構示意圖

三種時鐘抖動的定義，峰峰值與有效值
時鐘抖動通常分為時間間隔誤差（Time Interval Error，簡稱TIE），周期抖動（Period Jitter）和相鄰周期抖動（cycle to cycle jitter）三種抖動。

TIE又稱為phase jitter，是信號在電平轉換時，其邊沿與理想時間位置的偏移量。理想時間位置可以從待測試時鐘中恢復，或來自于其他參考時鐘。如圖2所示TIE抖動的示意圖，I1、I2、I3、In-1、In是時鐘第一個到第n個上升沿與理想時間位置的偏差，將I1、I2到In進行數理統計，在所有樣本的找出最大值和最小值，兩者相減可以得到TIE抖動的峰峰值，即：

假設N為測量的樣本總數，抖動的平均值可表示為：

抖動的有效值（即RMS值）為所有樣本的1個Sigma值，即：

周期抖動（Period Jitter）是多個周期內對時鐘周期的變化進行統計與測量的結果。如圖3所示的P1、P2、Pn-1、Pn為多個周期內時鐘的周期數值，對這些數值進行數理統計，同理，與TIE抖動的峰峰值和有效值計算方法相同，把P1到Pn中的最大值減去最小值，得到周期抖動的峰峰值，把P1到Pn進行1個Sigma運算，得到周期抖動的RMS值。