时钟的抖动测量与分析

时钟的抖动测量与分析 时钟抖动的分类与定义 时钟抖动通常分为时间间隔误差（Time Interv al Error，简称TIE），周期抖动（Period Jitter）和相邻周期抖动（cy cle to cy cle jitter）三种抖动。 TIE 又称为phase jitter，是信号在电平转换时，其边沿与理想时间位置的偏移量。理想时间位置可以从待测试时钟中恢复，或来自于其他参考时钟。Period Jitter 是多个周期内对时钟周期的变化进行统计与测量的结果。Cy cle to cy cle jitter 是时钟相邻周期的周期差值进行统计与测量的结果。 对于每一种时钟抖动进行统计和测量，可以得到其抖动的峰峰值和RMS 值（有效值），峰峰值是所有样本中的抖动的最大值减去最小值，而RMS 值是所有样本统计后的标准偏差。如下图1 为某100M 时钟的TIE、Period Jitter、Cy cle to Cy cle jitter 的峰峰值和RMS 值的计算方法。 图1 ：三种时钟抖动的计算方法 时钟抖动的应用范围 在三种时钟抖动中，在不同的应用范围需要重点测量与分析某类时钟抖动。TIE 抖动是最常用的抖动指标，在很多芯片的数据手册上通常都规定了时钟TIE 抖动的要求。对于串行收发器的参考时钟，通常测量其 TIE 抖动。如下图 2 所示，在 2.5Gbps 的串行收发器芯片的发送端，参考时钟为 100MHz，锁相环 25 倍频到 2.5GHz 后，为 Serializer（并行转串行电路）提供时钟。当参考时钟抖动减小时，TX 输出的串行数据的抖动随之减小，因此，需要测量该参考时钟的 TIE 抖动。另外，用于射频电路的时钟通常也需测量其 TIE 抖动（相位抖动）。 在并行总线系统中，通常重点关注 period jitter 和 cycle to cycle jitter。比如在共同时钟总线（common clock bus）中（如图 3 所示），完整的数据传输需要两个时钟脉冲，第一个脉冲用于把数据锁存到发送芯片的 IO Buffer，第二个脉冲将数据锁存到接收芯片中，在一个时钟周期内让数据从发送端传送到接收端，当发送端到接收端传输延迟（flight time）过大时，数据的建立时间不够，传输延迟过小时，数据的保持时间不够；同理，当这一个时钟的周期值偏大时，保持时间不够；周期值偏小时，建立时间不够。可见，时钟周期的变化直接影响建立保持时间，需要测量 period jitter 和 cycle to cycle jitter。关于共同时钟总线的时序分析的详细讲解，请参考 Stephen H. Hall、Garrett W. Hall 和 James A. McCall 写的信号完整性分...