2020年02月13日 | 关于时钟恢复基础知识的分享和应用

2020-02-13 来源：elecfans

这期我会讲解在抖动、眼图测试中非常重要的时钟恢复相关知识。这部分的内容分为两部分，今天会通过PPT给大家讲解时钟恢复的基础概念，图文二利用我们的10bit S系列示波器和演示版给大家做实际演示，让大家有一个非常直观的认识。

关于时钟恢复基础知识的分享和应用

所以从测试测量角度讲，为了让我们的结果有更好的工程意义和参考意义，在进行抖动/眼图模板测试、串行协议解码和串型数据码型触发等分析时，需要设定合适的时钟恢复。

关于时钟恢复基础知识的分享和应用

在示波器里面，我们常用的时钟恢复方法都是通过软件来实现的，也就是捕获一屏数据，然后通过软件的方式，从数据里面提取时钟。示波器最常用的时钟恢复方法有以下四种：常频方式、PLL锁相环、外时钟恢复和特殊方式。

➤ 第一种方式，是常频或者定频的方式，也就是从软件中提取一个非常纯的时钟。这种方式可以得到被测信号在所有频率上的所有抖动成分。

➤ 另外一种方式，是PLL锁相环的方式，这种方式是模拟接收端硬件PLL锁相环恢复电路，分析得到的抖动成分，它是工程上最常使用的一种时钟恢复方式。

➤ 第三种是采用外部时钟恢复，这种方式用于有一个显性时钟信号或者forwarded reference clock的串行信号，比如LVDS,HDMI，Intel QPI总线等。

➤ 最后一种就是特殊的时钟恢复方式，按照信号协议规范的要求采用特定的时钟恢复方法，比如PCIE信号，它采用的就是协会指定的Sigtest软件进行时钟恢复。

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对于常用的硬件PLL锁相环时钟恢复电路，我们在学校自控理论课程里面都学习过。首先会基于设定，压控振荡器VCO会产生一个起振时钟，它的时钟边沿和输入信号的边沿/相位通过鉴相器进行比对，鉴相器会产生一个和相位差等比例的电压信号。这个电压信号经过PLL环路滤波器的调理后会再送到VCO电路，改变恢复时钟的相位，通过负反馈电路最终提取出用于串行数据bit切割的时钟。其中，环路滤波器会对输入的电压信号进行低通滤波，从而限制了PLL锁相环电路恢复时钟的带宽。

如果提取的时钟比较干净，那么通过时钟恢复电路后的数据就含有比较大的抖动：反之，如果提取的时钟含有比较大的抖动，那么最终得到的数据就比较干净。这就是时钟恢复电路的一个很大的优势，它通过恢复的时钟可以追踪数字电路中肯定存在的低频抖动，比如工频电、开关电源等，从而提高电路的抗干扰性。

工业领域，我们通常用抖动传递函数JTF（Jitter Transfer Function）或者是观察到的抖动传递函数OJTF(Observed Jitter Transfer Function)来描述硬件PLL锁相环时钟恢复电路。

JTF如上图蓝色曲线所示，它表征输入信号所包含的抖动有多少会传递到输出的恢复时钟上，这是一个低通滤波器特性；

OJTF如上图粉色曲线所示，它表征接收端所观察到的抖动大小，反映的是有多少高频抖动成分传递到接收端，表现出的是高通滤波器特性。JTF和OJTF在S域里面之和等于一。

时钟恢复环路的定义有一阶和二阶之分，一阶主要是带宽这个指标；二阶除了带宽指标外还包含峰值和阻尼因子。对于JTF和OJTF，不同的协会有不同采用。比如，USB,PCIE采用JTF来定义时钟恢复环路；SATA用OJTF来定义时钟恢复环路。

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对于PLL锁相环带宽的设定建议如上图所示，优先级由上到下。最准确定义是按照各总线规范的要求，比如USB、SATA、PCIE等；或者按照接收端的硬件参数设定。如果两者都不太清楚，可以采用Golden锁相环，信号速率4Gbps以下，PLL锁相环带宽是信号速率除以1667,4G以上，PLL锁相环带宽是信号速率除以2500。需要注意的是，为了让你的测试具有工程参考意义，不同的数据速率应该对应不同的PLL锁相环带宽设定。

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上图是一个例子，对于相同的一个信号，当使用不同的PLL带宽设定时，会得到不同的抖动和眼图结果。如左上图，当采用8MHz这个比较大的带宽时，你得到的眼图结果会比较漂亮；但是，如右上图，当采用50KHz较窄的带宽设定时，眼图结果就比较糟糕，这是因为我们观察到了50KHz~8MHz以内抖动成分对信号的影响。

时钟恢复基础知识示波器

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