時鐘晶振抖動的對產(chǎn)品的性能影響很大,這是我們都知曉的問題,而且其測量時鐘抖動的大小也漸漸地成為現(xiàn)在高速數(shù)字電路設(shè)計的一個重要組成部分.就目前而言,已經(jīng)有不少的方法可以可來測量時鐘的抖動,抖動的定義是什么,該如何減少時鐘振蕩器抖動呢,下面康比電子帶領(lǐng)大家一起了解.
抖動定義為:
1、數(shù)字信號從其理想位置及時的重要瞬間的短期變化.
2、偏離事件的理想時間.
因此,術(shù)語"抖動"描述了系統(tǒng)內(nèi)的定時誤差.時鐘抖動實際上并不會改變正在傳輸?shù)男畔⒌奈锢韮?nèi)容,只會改變傳輸信息的時間.根據(jù)情況,這可能或不影響最終解碼輸出.
抖動與漂移
時序變化分為兩類,稱為抖動和漂移
漫步:
●時間變化緩慢發(fā)生
●它是頻率為0到10Hz的抖動-漂移通常是由溫度變化引起的.
抖動:
●時鐘抖動會對系統(tǒng)造成許多不良影響,例如數(shù)據(jù)損壞和AC時序違規(guī).
●定時抖動一直在降低電氣系統(tǒng)的性能,但是對更高數(shù)據(jù)速率和更低邏輯擺幅的驅(qū)動使人們越來越關(guān)注其特性.
●表征對于幫助定義,識別和測量抖動非常重要.需要設(shè)置合規(guī)標準和設(shè)計規(guī)范.
所有電路都會有一些徘徊,通常不會引起太多關(guān)注.另一方面,JITTER會給許多開發(fā)人員帶來許多不眠之夜.
您可能聽說過幾種類型的抖動.
周期性,周期到周期,時間間隔,確定性,隨機,模式相關(guān),有界,正弦和高斯,但基本上它們都屬于兩類.確定性或隨機性
確定性
●有時稱為周期性抖動.抖動以循環(huán)方式重復(fù).它取決于模式,通常由耦合到系統(tǒng)中的外部確定性噪聲源引起,例如開關(guān)電源噪聲或強RF載波.它也可能由不穩(wěn)定的時鐘恢復(fù)PLL(鎖相環(huán))引起.
●周期性抖動很難被拒絕,并且在大多數(shù)情況下,必須改進時鐘源以消除由周期性抖動引起的音調(diào).
●它總是以振幅為界,具有特定的原因.
串擾-EMI
-開關(guān)電源噪聲
-同步開關(guān)輸出(SSO)
-器件功能相關(guān)性
定期
看看上面的3個信號.
●第一種是沒有抖動的理想時鐘.
●第二個信號是正在調(diào)制的時鐘.
●第三個顯示調(diào)制功能.
當函數(shù)為高時,它會增加周期長度;當函數(shù)為低時,它從時鐘32.768K的周期長度中減去.您可以看到,如果要在11個周期內(nèi)進行測量,您將獲得理想時鐘和抖動時鐘的相同測量值.這就是為什么測量抖動是如此困難,并采用特殊的測試設(shè)備來完成它.
隨機抖動
隨機抖動是無法預(yù)測的定時噪聲.它沒有可辨別的模式.它會隨著時間的推移而增加,并被稱為無界限,并將影響長期可靠性.
●原因包括:
△半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)的熱振動(噪聲).
△白噪聲(由于半規(guī)則摻雜濃度而不是完美的價電子映射)
△處理異常
△閃爍噪聲(低頻應(yīng)用,通常在電阻器,二極管,晶體管和開關(guān)中找到).
測量時鐘抖動
時鐘抖動的真正衡量標準是時鐘晶振邊沿隨時間的精確位置.檢查邊緣位置的最直接方法是使用示波器.不幸的是,使用標準示波器測量的任何抖動都是由于觸發(fā)不穩(wěn)定造成的.因此,即使使用非常好的示波器進行直接波形測量也不是有效的抖動測量.
使用高性能,寬帶寬示波器和高速時鐘抖動分析軟件,對于獲得良好的時鐘抖動測量至關(guān)重要.
這并不是說示波器不能用于觀察抖動.
在波形中,可以通過調(diào)整示波器以顯示一個完整的時鐘周期來估計其峰峰值.當示波器在第一個邊沿觸發(fā)時,可以在第二個邊沿上看到周期抖動.
請記住,測量的抖動總是大于電路的真實抖動,因為測量的抖動包括石英晶體振蕩器和示波器的抖動.
(從左到右)低抖動/高質(zhì)量,中等,高抖動/低質(zhì)量
通常稱為"眼圖",每個圖是由于噪聲或抖動引起的邊緣放置的累積圖形畫像.理想情況下,采樣發(fā)生在"眼睛"的中心.隨著邊緣抖動的增加,明顯的眼睛開始閉合.
數(shù)字信號傳輸質(zhì)量越好,眼睛應(yīng)該有更開放的白色空間.
●最終眼圖的白色空間的寬度簡單地稱為眼睛寬度.如果眼圖由足夠的樣本(數(shù)百萬和三百萬個三個時間段轉(zhuǎn)換)組成,則眼寬度是在任何給定時間段內(nèi)數(shù)據(jù)線穩(wěn)定的時間量的良好度量.這可以很好地了解允許的設(shè)置時間和保持時間.
●最終眼圖的白色空間的高度稱為眼高.如果眼圖由足夠的樣本組成(數(shù)百萬和數(shù)百萬個三個時間周期的過渡),則眼高可以告訴接收器的VIH和VIL需要在何處正確地采樣數(shù)據(jù).
理想的最小抖動范圍屏幕截圖
過度的抖動屏幕截圖
減少抖動的方法
●過濾良好的電源.
△導(dǎo)致時鐘抖動的主要因素是設(shè)計電源中存在明顯的電壓降.器件電源和接地輸入引腳應(yīng)在PCB上具有正確的布線,并始終保持穩(wěn)定的石英晶振器件電壓.
●精心設(shè)計的電路板布局.
△良好的布局是關(guān)于保持噪聲電流不會交叉耦合到時鐘和信號線.需要足夠的單個地平面以防止地面反彈和虛假振蕩.
●在設(shè)計階段精心選擇時鐘
●限制設(shè)備上的I/O和CPU活動.
●為PLL電源輸入引腳提供適當?shù)臑V波
●提供清除頻率噪聲的參考時鐘.
●在時鐘抖動超出系統(tǒng)可接受的AC要求的系統(tǒng)上,將一個串聯(lián)RC OSC晶振電路(RXFC+CXFC)添加到XFC引腳以提供PLL噪聲抑制,從而可以快速恢復(fù)PLL鎖定條件以獲得更寬的頻率帶寬.
結(jié)論
總之,采用各種方法來產(chǎn)生時鐘振蕩器頻率.在設(shè)計階段用于確定系統(tǒng)需求所花費的時間將導(dǎo)致更少的問題,并且以后花費更少的時間來糾正它們.它還有助于確定每種應(yīng)用的成本效益方法.
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