Verificación del rendimiento real de jitter de relojes en diseños PCI express y ethernet de alta velocidad

Su misión

Las medidas de fluctuación de fase de relojes en diseños digitales de alta velocidad se están volviendo cada vez más complejas. PCIe 6.0, por ejemplo, utiliza velocidades de transmisión de hasta 64 gigatransferencias por segundo (GT/s) con un límite de fluctuación de fase de 100 fs (valor cuadrático medio) para el reloj de referencia. En la especificación de PCIe 7.0 más reciente se incluyen velocidades de 128 GT/s con un límite de fluctuación de fase de 67 fs para el reloj de referencia. Los analizadores de ruido de fase cuentan con una base de medida de fluctuación de fase excelente y son por tanto ideales para medir la fluctuación de fase en relojes de alta velocidad avanzados. Para minimizar los efectos de la interferencia electromagnética (EMI), tecnologías como PCIe, USB y HDMI utilizan un método conocido como SSC (dispersión del espectro del reloj), consistente en aplicar una modulación (FM) de baja frecuencia al reloj de referencia. Dado que el SSC pone aún más a prueba el reloj, es necesario verificar también su fluctuación de fase en el modo SSC activado.

Solución de Rohde & Schwarz

Las medidas de fluctuación de fase de reloj se dividen normalmente en varios pasos:

• Medida del ruido de fase
• Ponderación del ruido de fase basada en la función de transferencia correspondiente del sistema
• Integración del ruido de fase ponderado en el rango de integración de fluctuación de fase definido

Medida del ruido de fase

En el caso de relojes con una alta rapidez de respuesta, la fluctuación de fase viene determinada principalmente por el ruido de fase del reloj. Como el ruido AM queda suprimido en gran medida por la elevada velocidad de respuesta del reloj, dicho ruido no contribuye generalmente a la fluctuación de fase total del reloj. Para conseguir medidas precisas de fluctuación de fase del reloj, es importante suprimir la modulación de amplitud (AM) al medir el ruido de fase.

Ponderación del ruido de fase

Para medir la fluctuación de fase en tecnologías de alta velocidad como PCIe, es necesario por lo general incluir los efectos que tienen en el sistema las funciones de transferencia de TX PLL, RX PLL y CDR. La función de transferencia total resultante del sistema se aplica como filtro de ponderación a la traza de ruido de fase medida antes de integrar la fluctuación de fase en el rango definido.

Integración del ruido de fase ponderado

El ruido de fase ponderado se integra comúnmente hasta la frecuencia Nyquist del reloj (la mitad de la velocidad del reloj), y en ocasiones incluso por encima. En ese caso, el ruido de fase también debe medirse hasta desfases de frecuencia superiores.

Gracias a su arquitectura de demodulador digital, el analizador de ruido de fase y comprobador de VCO R&S®FSWP mide el ruido de fase y el ruido AM en paralelo y proporciona una supresión muy alta de AM en la medida del ruido de fase. Esta arquitectura permite asimismo medir relojes de referencia en el modo SSC activado. El instrumento ofrece también una sensibilidad de ruido de fase única en el mercado, capaz incluso de mejorarse añadiendo las opciones R&S®FSWP-B60 o R&S®FSWP-B61 para correlación cruzada. Además, la opción R&S®FSWP-B1 permite usar el instrumento como analizador de señal y espectro para analizar los efectos de acoplamiento en una estructura de árbol de reloj compleja.

Están definidas en total 16 funciones de transferencia del sistema diferentes para una velocidad de transmisión de 128 GT/s según PCIe 7.0. Para cada una de ellas, los resultados de la fluctuación de fase ponderada deben estar por debajo del límite de 67 fs. En el modo de SSC activado, los espurios del SSC (fundamentales y armónicos) de hasta 2 MHz deben eliminarse antes de aplicar la ponderación y la integración de la fluctuación de fase. En el área de descarga de esta ficha de aplicación puede encontrarse una herramienta externa, que permite automatizar la medida y el posprocesamiento de los datos (eliminación de espurios de SSC, ponderación, integración de jitter e identificación de los resultados más altos de jitter a través de las diferentes funciones de transferencia de sistema). La herramienta es compatible para el R&S®FSWP (se necesita la opción R&S®FSWP-B60 o R&S®FSWP-B61) así como para el R&S®FSPN, y cubre hasta la versión PCIe 7.0.

Resumen

El R&S®FSWP ofrece las funciones necesarias para probar relojes con baja fluctuación de fase, tanto en el modo SSC desactivado como en el modo SSC activado. Este instrumento proporciona una supresión muy alta de AM en la medida del ruido de fase así como una sensibilidad de ruido de fase excelente para efectuar medidas precisas en relojes con baja fluctuación de fase para diseños digitales modernos de alta velocidad, como PCIe y Ethernet de alta velocidad.