完美的时序:用抖动与相位噪声测量做时钟分频

2012-06-09 15:51:34来源: 21IC 关键字:相位噪声时钟分频  压控振荡

当测量超低抖动的器件与设备时,工程师们必须时刻问一个问题:测得的值是来自DUT(待测设备),还是来自测试设备。工程师们也总在寻找一些能扩展手头设备能力的方法。本文描述了一些实用的方式,用于将较高频率VCO(压控振荡器)的时钟信号做分频处理。

大多数用于测量抖动的现代设备都可以划分到两大类中的一个:时域或频域。时域设备通常是一种高速数字示波器的形式,有高的单次采样带宽。频域设备一般的形式是频谱分析仪、带相位噪声测量功能的频谱分析仪,或相位噪声分析仪。这两大类中,每一类设备都有自己的优点与缺点。不过,它们测量的都是相同现象,只是采用不同方法。

逐周期的峰值抖动是在一个固定数量周期内(一般是1000个或10000个),逐个相邻周期之间的最大差值。当需要限制频率上的突变大小时,就需要使用它。例如,当驱动一个PLL(锁相环)时,可能希望限制频率中的瞬时变化大小,以确保下游PLL保持锁定(图1)。

图1,当驱动一只PLL(锁相环)时,可能希望限制频率中瞬变的大小,以确保下游PLL保持锁定。
图1,当驱动一只PLL(锁相环)时,可能希望限制频率中瞬变的大小,以确保下游PLL保持锁定。

峰峰周期抖动是在某个观测窗内(同样,一般是1000个或10000个周期),所有时钟周期中最大时钟周期与最小时钟周期之间的差值(图2)。这是一个确保数字系统中触发器建立与保持时间的有用规格。“峰峰”的意思是指一次测量中,最小和最大采样周期值之间的差值。

图2,峰峰周期抖动是一个观察窗口内(通常是1000个或10000个周期),所有时钟周期中,最大时钟周期与最小时钟周期之间的差值。
图2,峰峰周期抖动是一个观察窗口内(通常是1000个或10000个周期),所有时钟周期中,最大时钟周期与最小时钟周期之间的差值。

TIE(时间间隔误差)抖动(或叫累积抖动,也叫相位抖动)是在所有时钟周期上与理想时钟周期的实际偏差(图3)。它包括了在所有抖动调制频率上的抖动,通常用于WAN(广域网络)的时序应用,如SONET(同步光网络)、同步以太网,以及OTN(光传送网络)。

图3,TIE抖动是整个时钟周期上与理想时钟周期的实际差值。
图3,TIE抖动是整个时钟周期上与理想时钟周期的实际差值。

可以建立各种类型的抖动统计,如rms(均方根)、峰峰、逐周期、周期,以及TIE抖动,不过有些更常用。当采用峰峰统计方法时,采样数必须足够大,才能提供可信的测量。这种测量通常要包含1000至10000个采样。

时域设备可以直接测量峰峰、逐周期、周期以及TIE抖动。这种测量方案能够用于测量低频时钟或载波信号的抖动。在数据后处理时采用FFT(快速傅里叶变换)、数字mouseover="javascript:setVal(\'滤波\'); companyAdEvent.show(this,\'companyAdDiv\',[5,18])" onmouseout="companyAdEvent.out(\'companyAdDiv\')">滤波器以及其它技术,就可以对一个频率段上的相位噪声值做积分,生成rms相位抖动值。时域设备在测量数据相关抖动时优于频域系统,因此可用于具有SERDES(串行器/解串器)技术的高速串行链接。

频域设备无法直接测量峰峰、逐周期或周期的抖动;它原生的能力是测量一个给定频段上某信号的rms功能。频域设备还难以测量与数据相关的抖动。然而,高质量频域仪器的本底噪声低于时域设备,因此,对于没有数据相关抖动的超低相位噪声时钟信号测量,频域设备就是最好选择(表1)。

由于本文的中心是低抖动时钟信号的测量问题,因此省略了对时域设备的进一步讨论,只是提示大家,在从一种抖动测量转到另一种测量时,可以采用各种数学估算与变换方法。例如,用一个波峰因数和所需要的BER(误码率),就可以在峰峰与rms抖动之间来回换算。另一个例子是用一个时域数据的FFT,提供频域信息与滤波。不过,多数这类技术都要依赖于数学模型,这些模型可能在多数情况下有很好的近似,但有局限。因此,只能特别小心地使用它们。

有一个值得进一步研究的问题是时钟(或载波)频率对抖动测量的影响。直觉上,由一个理想分频器切分的时钟信号在其输入与输出端都有相同的时钟沿抖动(图4)。在图4中,上方频率为FO的抖动信号通过一个完美分频器除以2,产生一个FO/2的时钟频率。两个信号有相同的抖动JO。注意,较低时钟信号的抖动能量是较高时钟信号的一半,因为在给定的时间间隔内,其边沿减半。

图4,直觉上,一个理想分频器对一个时钟信号分频后,分频器前后有相同的时钟沿抖动。
图4,直觉上,一个理想分频器对一个时钟信号分频后,分频器前后有相同的时钟沿抖动。

[1] [2] [3] [4]

关键字:相位噪声时钟分频  压控振荡

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0609/article_5232.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:AD9959简化测控通信系统中多路DDS之间信号同步设计
下一篇:触摸屏控制器性能指标信噪比的测量方案

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利
推荐阅读
全部
相位噪声时钟分频
压控振荡

小广播

独家专题更多

2017东芝PCIM在线展会
2017东芝PCIM在线展会
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved