Высокоэффективный анализ джиттера тактовых генераторов в высокоскоростных цифровых устройствах

Измерительная задача

Измерение джиттера тактовых генераторов высокоскоростных цифровых устройств становится все более сложной задачей. Интерфейс PCIe 5.0, например, использует скорость передачи данных до 32 гигатранзакций в секунду (ГТ/с) с соответствующим пределом джиттера 150 фс (СКЗ) для опорного тактового сигнала. В спецификациях новейшего интерфейса PCI 6.0 указана скорость передачи данных до 64 гигатранзакций в секунду (ГТ/с) с пределом джиттера 100 фс (СКЗ) для опорного тактового сигнала. У анализаторов фазового шума превосходный уровень измерения джиттера, поэтому они идеально подходят для измерения джиттера в современных высокоскоростных тактовых сигналах. Чтобы снизить влияние электромагнитных помех в таких технологиях, как PCIe, USB и HDMI™, обычно используют синхронизацию с расширенным спектром (SSC), применяя к опорному тактовому генератору низкочастотную ЧМ-модуляцию. Поскольку при использовании SSC возникает дополнительная нагрузка на тактовый генератор, джиттер тактовых импульсов также необходимо проверять при включенном режиме SSC.

Решение компании Rohde & Schwarz

Измерение джиттера тактовых импульсов обычно состоит из следующих этапов:

• Измерение фазового шума
• Взвешивание фазового шума на основе соответствующей передаточной функции системы
• Интегрирование взвешенного фазового шума в определенной области интегрирования джиттера

Измерение фазового шума

Для тактовых генераторов с высокой крутизной сигнала джиттер тактовых импульсов, в основном, определяется фазовым шумом тактового генератора. Поскольку АМ-шум в значительной степени подавляется за счет высокой крутизны тактовых импульсов, он обычно не вносит заметного вклада в общий джиттер тактовых импульсов. Для точной оценки джиттера тактовых импульсов важна высокая степень подавления амплитудной модуляции при измерении фазового шума.

Взвешивание фазового шума

При измерении джиттера в высокоскоростных шинах, таких как PCIe, обычно необходимо учитывать влияние на систему передаточных функций TX PLL, RX PLL и CDR. Результирующая общая передаточная функция системы применяется к результатам измерения фазового шума в качестве взвешивающего фильтра перед интегрированием джиттера в заданной области.

Интеграция взвешенного фазового шума

Взвешенный фазовый шум обычно интегрируется до частоты Найквиста тактового генератора (половины тактовой частоты), а в некоторых случаях даже до более высоких частот. В этом случае фазовый шум также необходимо измерять до более высоких смещений частоты.

Благодаря архитектуре цифрового демодулятора анализатор фазового шума и тестер ГУН R&S®FSWP способен параллельно выполнять измерения фазового шума и АМ-шума, обеспечивая высокую степень подавления амплитудной модуляции при измерениях фазового шума. Эта архитектура также позволяет измерять опорные тактовые сигналы в режиме включенного (SSC ON) режима расширения спектра. Прибор также обладает лучшей в отрасли чувствительностью к фазовому шуму, которую можно дополнительно улучшить, добавив опцию кросс-корреляции R&S®FSWP-B60 или R&S®FSWP-B61. Прибор можно дополнить функциями анализатора спектра и сигналов с помощью опции R&S®FSWP-B1, которая позволяет проводить анализ эффектов взаимосвязи в сложных структурах дерева тактирования.

Для скорости передачи данных 32 ГТ/с в соответствии с PCIe 5.0 определены 16 различных системных функций передачи. В каждой из этих функций взвешенный джиттер не должен превышать 150 фс. В режиме SSC ON необходимо перед применением взвешивания и интегрирования джиттера удалить спуры SSC (основная частота и гармоники) до 2 МГц. Для удобства в разделе скачиваний настоящих рекомендаций по применению размещен необходимый внешний программный инструмент. Этот инструмент автоматизирует измерение и постобработку данных (удаление выбросов SSC, взвешивание, интегрирование джиттера, определение максимального джиттера среди различных передаточных функций системы). Инструмент поддерживает R&S®FSWP (требуется опция R&S®FSWP-B60 или R&S®FSWP-B61), а также R&S®FSPN и поддерживает версии PCIe вплоть до PCIe 6.0.

Заключение

Анализатор R&S®FSWP обладает функциональными возможностями, необходимыми для проведения испытаний тактовых сигналов с низким уровнем джиттера как в режиме SSC OFF, так и в режиме SSC ON. Этот прибор обеспечивает эффективное подавление амплитудной модуляции при измерении фазового шума и высокую чувствительность к фазовому шуму для точных измерений джиттера высокостабильных тактовых генераторов, применяемых в современных высокоскоростных цифровых устройствах.