Vérification de la véritable performance de la gigue des horloges dans les conceptions numériques à haut débit

Votre tâche

La mesure de la gigue sur des horloges au sein de conceptions numériques haut débit est devenue de plus en plus compliquée. La technologie PCIe 5.0, par exemple, utilise des débits de données jusqu'à 32 gigatransferts par seconde (GT/s) avec une limite de gigue correspondante de 150 fs (RMS) pour l'horloge de référence. Des débits de données de 64 GT/s ont été présentés avec une limite de gigue de 100 fs pour l'horloge de référence dans la dernière spécification de la technologie PCIe 6.0. Les analyseurs de bruit de phase ont un plancher de mesure de gigue supérieur, en faisant les outils parfaits pour la mesure de la gigue dans des horloges haut débit modernes. Afin de réduire les effets EMI, les technologies telles que PCIe, USB et HDMI™ utilisent généralement le spread spectrum clocking (SSC), appliquant une faible fréquence FM à l'horloge de référence. Puisque le SSC met une pression supplémentaire sur l'horloge, la gigue d'horloge doit également être vérifiée avec le mode SSC actif.

Solution Rohde & Schwarz

La mesure de la gigue d'horloge comprend généralement :

• La mesure du bruit de phase
• Le bruit de phase pondéré basé sur la fonction de transfert du système correspondant
• L'intégration du bruit de phase pondéré dans la gamme d'intégration de la gigue définie

La mesure du bruit de phase

Pour les horloges possédant une vitesse de balayage élevée, la gigue d'horloge est principalement déterminée à partir du bruit de phase de l'horloge. Puisque le bruit AM est largement atténué par la vitesse de balayage élevée de l'horloge, il ne contribue généralement pas à la gigue globale de l'horloge. Pour des mesures précises de la gigue d'horloge, une suppression AM importante lors de la mesure du bruit de phase est primordiale.

Pondération du bruit de phase

Les mesures de gigue pour des technologies haut débit telles que la PCIe nécessitent généralement d'inclure les effets des fonctions de transfert TX PLL, RX PLL et CDR du système. La fonction de transfert du système global est appliquée à la trace du bruit de phase mesuré, comme un filtre pondéré avant l'intégration de la gigue dans la gamme définie.

Intégration du bruit de phase pondéré

Le bruit de phase pondéré est généralement intégré à la fréquence de Nyquist de l'horloge (la moitié du taux d'horloge), et même plus dans certains cas. Dans ce cas, le bruit de phase doit également être mesuré jusqu'à des décalages de fréquence plus élevés.

Avec l'architecture de son démodulateur numérique, l'analyseur de bruit de phase du R&S®FSWP et le testeur VCO mesurent le bruit de phase et le bruit AM en parallèle, puis proposent une atténuation AM très élevée lors de la mesure du bruit de phase. Cette architecture rend également possible la mesure d'horloges en mode SSC ON. L'instrument propose également une sensibilité de bruit de phase de pointe, qui peut être améliorée ultérieurement en ajoutant l'option R&S®FSWP-B60 ou R&S®FSWP-B61 pour une corrélation croisée. D'autre part, la totalité des fonctionnalités de l'analyseur de spectre et signaux peuvent être ajoutées via l'option R&S®FSWP-B1, afin d'analyser les effets de couplage dans une structure d'arbre d'horloge complexe.

Un total de 16 fonctions différentes de transfert système sont définies pour un débit de données jusqu'à 32 GT/s en conformité avec la PCIe 5.0. Pour chacune d'entre elles, les résultats de gigues pondérées doivent être inférieurs à la limite de 150 fs. Dans le mode SSC ON, les spurs SSC (fondamentale et harmoniques) jusqu'à 2 MHz doivent être supprimés avant l'application de la pondération et l'intégration de la gigue. Pour une prise en main simple, un outil externe peut être trouvé dans la section téléchargement de cette carte d'application. Cet outil automatise la mesure et le post-traitement des données (spur SSC supprimé, pondération, intégration de gigue et identification du résultat de gigue le plus élevé des différentes fonctions de transfert système). L'outil prend en charge le R&S®FSWP (nécessite l'option R&S®FSWP-B60 ou R&S®FSWP-B61), ainsi que le R&S®FSPN et couvre les versions PCIe jusqu'au PCIe 6.0.

Conclusion

Le R&S®FSWP propose les fonctionnalités nécessaires pour tester les horloges faible gigue dans les deux modes SSC OFF et SSC ON. Il fournit une atténuation AM très élevée dans la mesure du bruit de phase et une sensibilité exceptionnelle du bruit de phase, pour des mesures précises sur les horloges à faible gigue des conceptions numériques haut débit modernes.