高速鏈路時(shí)鐘抖動(dòng)規(guī)范基礎(chǔ)知識(shí)

作者：John Johnson，德州儀器

本文介紹時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)高速鏈路性能的影響。我們將重點(diǎn)介紹抖動(dòng)預(yù)算基礎(chǔ)。

用于在更遠(yuǎn)距離對(duì)日益增長(zhǎng)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)囊恍?biāo)準(zhǔn)不斷出現(xiàn)。來(lái)自各行業(yè)的工程師們組成了各種委員會(huì)和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，根據(jù)其開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)（數(shù)據(jù)吞吐量和通信距離）確定抖動(dòng)預(yù)算；同時(shí)還要考慮到組成通信鏈路的模塊的局限性。

圖 1 通信鏈路—抖動(dòng)組件

圖 1 顯示了集成有一個(gè)嵌入式時(shí)鐘的典型高速通信鏈路。每個(gè)子系統(tǒng)（時(shí)鐘、發(fā)送器、通道和接收機(jī)）都會(huì)對(duì)整體抖動(dòng)預(yù)算的增加產(chǎn)生影響。子系統(tǒng)抖動(dòng)包括一個(gè)決定性 （DJ） 組件和一個(gè)隨機(jī)組件 （RJ），如圖 1 所示。為了實(shí)現(xiàn)可接受的通信效果，必須滿足下列條件：

方程式 1

其中：TJSYS 是總抖動(dòng)，而 1UI 為1個(gè)單位時(shí)間間隔（1 比特時(shí)間）

總抖動(dòng) （TJ） 包括每個(gè)子系統(tǒng)決定性抖動(dòng)和隨機(jī)抖動(dòng)的和。由于隨機(jī)抖動(dòng)自身的屬性，進(jìn)行這種求和時(shí)需要特別注意。隨機(jī)抖動(dòng)呈現(xiàn)高斯（隨機(jī)）分布，并且無(wú)邊界。因此，隨機(jī)抖動(dòng)可表示為一個(gè) RMS 值，并且在規(guī)定測(cè)量/整合帶寬范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行估算。例如，圖 1 所示接收機(jī)的抖動(dòng)測(cè)量帶寬便為 f2 - f1（參見(jiàn)圖 2）。這是因?yàn)榻邮諜C(jī)鎖相環(huán)路 （PLL） 追蹤 f1 以下的抖動(dòng)（從而排斥它），而發(fā)射 PLL 的頻率上限為 f2。從接收機(jī)的角度來(lái)看，使鏈路性能降低的隨機(jī)抖動(dòng)降至這些限制之間。

圖 2 高速通信鏈路—隨機(jī)抖動(dòng)測(cè)量帶寬

由于隨機(jī)抖動(dòng)是隨機(jī)過(guò)程產(chǎn)生的結(jié)果，系統(tǒng)總隨機(jī)抖動(dòng)的計(jì)算需要進(jìn)行方和根 （RSS） 計(jì)算，如方程式2所示：

方程式 2

決定性抖動(dòng)源和的計(jì)算很簡(jiǎn)單：

方程式 3

最后，可對(duì)系統(tǒng)總抖動(dòng)進(jìn)行估算，由此可以實(shí)現(xiàn)鏈路預(yù)算；但是，還需要做更多的工作。這種計(jì)算涉及統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)。需要用到一種被稱之為 Q 因數(shù)的參數(shù)（參見(jiàn)表 1）。Q 因數(shù)的大小具體取決于誤碼率 （BER），同時(shí)還要根據(jù)鏈路性能/可靠性目標(biāo)來(lái)選擇。由于隨機(jī)抖動(dòng)的無(wú)邊界屬性，（最終）會(huì)出現(xiàn)誤碼。例如，10-8 的 BER 意味著，每發(fā)送 100，000，000 比特便會(huì)有一個(gè)比特被錯(cuò)誤解釋?，F(xiàn)代的通信系統(tǒng)通常會(huì)要求一個(gè)達(dá)到或者超過(guò) 10-12 以上的 BER。

系統(tǒng)總抖動(dòng)（以及鏈路預(yù)算）可使用方程式 4 計(jì)算得到：

方程式 4

例如，10-14 的 BER 時(shí)，總抖動(dòng)為：

方程式 5

本文討論了構(gòu)成總抖動(dòng)預(yù)算的一些參數(shù)。下一次，我們將探討時(shí)鐘，并研究隨機(jī)抖動(dòng)和相位噪聲之間的關(guān)系。

編輯：jq