9/21/2022，光纖在線訊，近日， 中星聯(lián)華分享有關(guān)時鐘恢復(fù)的技術(shù)文章，帶你深入淺出了解時鐘恢復(fù)，一起看看吧！



01、沒有時鐘恢復(fù)會有什么問題？
您是否碰到過明明眼圖質(zhì)量優(yōu)異，但是誤碼率很高的情況？


您是否碰到過經(jīng)過被測件后輸出和源觸發(fā)不同步的情況？


您是否碰到過想要用示波器測試卻無法提供觸發(fā)信號的情況？


您是否碰到過想要用誤碼檢測器進行誤碼率測試卻需要一個同步時鐘的情況？此時如果被測件內(nèi)部時鐘恢復(fù)環(huán)路帶寬大于等于外部時鐘恢復(fù)單元會有什么后果？


您是否注意到規(guī)范中這些有意思的術(shù)語，諸如Baud Rate/1667、Baud Rate/2578、Baud Rate/6640？進行TX發(fā)送端測試的時候，需要通過調(diào)整時鐘恢復(fù)單元環(huán)路帶寬和峰值來滿足不同的速率和協(xié)議要求？






02、什么是時鐘恢復(fù)
基本概念
現(xiàn)行的高速串行總線協(xié)議中，通常都在數(shù)據(jù)中包含了時鐘信號，而不再需要一根獨立的時鐘信號和數(shù)據(jù)并行傳輸，圖 1中能夠看到HDMI和JESD204B和傳統(tǒng)接口的一些區(qū)別，都是將隨路時鐘取消了。為了在接收端能夠正確對數(shù)據(jù)進行采樣，需要從嵌入在數(shù)據(jù)中的時鐘信號提取出來，即是時鐘恢復(fù)。


圖 1 HDMI和JESD204B的引腳定義

從圖2中可以看出在不同的采樣時刻對數(shù)據(jù)進行取樣判決的結(jié)果可能會有非常大的區(qū)別，那么在沒有隨路時鐘的情況下，在何時刻對數(shù)據(jù)進行取樣判決，能否在每個周期的相同時刻對數(shù)據(jù)進行取樣判決都成了至關(guān)重要的因素，會直接影響傳輸結(jié)果。


圖 2 采樣時刻示意圖

一個簡單的時鐘恢復(fù)電路如圖 3所示，它能夠從接收到的NRZ/PAM4信號中提取出數(shù)據(jù)序列，并恢復(fù)出與數(shù)據(jù)序列相對應(yīng)的時鐘信號，恢復(fù)出的時鐘信號可以作為基準(zhǔn)源提供給采樣示波器、誤碼儀或者其他接收機使用，用于和輸入數(shù)據(jù)進行同步。


圖 3 時鐘恢復(fù)示意圖

對于恢復(fù)出的時鐘通常需要滿足下面三個條件：
時鐘頻率和數(shù)據(jù)速率成比例關(guān)系
時鐘和數(shù)據(jù)具有固定相位關(guān)系
時鐘固有抖動要比較小

組成原理

目前實現(xiàn)時鐘恢復(fù)的架構(gòu)如表 1所示，主要有：鎖相環(huán)技術(shù)、延遲鎖相環(huán)技術(shù)、相位插值技術(shù)、過采樣技術(shù)、注入鎖定技術(shù)、門振蕩器技術(shù)等。注入鎖定和門振蕩器電路反應(yīng)速度比較快，目前常應(yīng)用于突發(fā)模式通信中，如：FTTH、ATM、EPON、GPON、LANs等。鎖相環(huán)、延遲鎖相環(huán)、相位插值等電路適用于連續(xù)模式通信，如：SONET、Fiber Channel、Gigabit Ethernet中。過采樣電路則兩者都適用。在時鐘恢復(fù)單元表中通常采用鎖相環(huán)技術(shù)實現(xiàn)對時鐘的提取。

表 1 不同架構(gòu)的時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的優(yōu)缺點


鎖相環(huán)方式時鐘恢復(fù)原理框圖如圖 4所示，具有相位鎖定環(huán)路和頻率鎖定環(huán)路，頻率鎖定環(huán)路產(chǎn)生粗調(diào)頻率鎖定范圍，相位鎖定環(huán)路產(chǎn)生細(xì)調(diào)頻率鎖定范圍。頻率鎖定環(huán)路將壓控振蕩器2輸出進行分頻后給到鑒頻鑒相器，使得可以通過較低的參考輸入頻率就能夠產(chǎn)生較高的輸出頻率，使壓控振蕩器2輸出頻率為N×參考輸入頻率。同時頻率鎖定環(huán)路的控制電壓可以給到壓控振蕩器1，使壓控振蕩器1的振蕩頻率接近或等于目標(biāo)鎖定頻率上，相位跟蹤環(huán)路中的鑒相器可以將壓控振蕩器1輸出精確調(diào)整至和數(shù)據(jù)輸入相同的速率，其中低通濾波器的截止頻率決定了鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬。


圖 4 鎖相環(huán)方式時鐘恢復(fù)原理框圖

恢復(fù)出的時鐘信號抖動取決于壓控振蕩器的固有抖動和鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬，環(huán)路能夠追蹤并抑制環(huán)路帶寬內(nèi)的抖動，忽略環(huán)路帶寬外的抖動，超過環(huán)路帶寬截止頻率越多，抑制效果越差，圖 5為我們展示了一個抖動傳遞曲線。環(huán)路帶寬外對抖動抑制和頻率的關(guān)系成為帶外滾降系數(shù)，在諸多標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中有定義完美鎖相環(huán)“Golden PLL”帶外滾降系數(shù)為20dB/十倍頻以及具有和數(shù)據(jù)速率恒定比例的環(huán)路帶寬數(shù)值（當(dāng)輸入數(shù)據(jù)速率變化時環(huán)路帶寬應(yīng)隨之改變）。


圖 5 抖動傳遞曲線

環(huán)路帶寬越窄，恢復(fù)出的時鐘信號抖動越��；反之，環(huán)路帶寬越寬，恢復(fù)出的時鐘信號抖動越大。將恢復(fù)出的時鐘信號作為采樣示波器的觸發(fā)信號時，對于同樣抖動的輸入數(shù)據(jù)信號來說，時鐘信號抖動越小，測量到的數(shù)據(jù)抖動越大，時鐘信號抖動越大，測量到的數(shù)據(jù)抖動越小。由于時鐘中的抖動和數(shù)據(jù)中的抖動是同源的，因此以時鐘作為基準(zhǔn)對數(shù)據(jù)采樣時，保持相同的抖動速率和幅度，反而對于采樣結(jié)果更加穩(wěn)定！這也是為什么標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議需要定義眼圖測試時，時鐘恢復(fù)單元的環(huán)路帶寬，否則測量到的結(jié)果可能是不真實的。

如圖 6所示，對于同一個含有抖動的信號進行眼圖測試，左側(cè)為環(huán)路帶寬大于抖動頻率時眼圖測試結(jié)果，右側(cè)為環(huán)路帶寬小于抖動頻率時眼圖測試結(jié)果。由此可見，當(dāng)時鐘恢復(fù)環(huán)路帶寬設(shè)置不恰當(dāng)時，可能帶來錯誤的測試結(jié)論！


圖 6 不同環(huán)路帶寬恢復(fù)出時鐘做觸發(fā)的抖動信號眼圖

所有的總線標(biāo)準(zhǔn)（比如ETH以太網(wǎng)、OIF-CEI光聯(lián)盟、PCIe、USB3.0、SATA等）根據(jù)速率和協(xié)議有不同的環(huán)路帶寬要求，如圖 6所示，因此也要求時鐘恢復(fù)單元能夠提供合適的可變的環(huán)路帶寬，以應(yīng)對復(fù)雜的測試要求。





03、選擇時鐘恢復(fù)有哪些指標(biāo)功能需要注意

① 速率范圍在滿足被測件工作速率范圍的情況下，要留一定余量
一方面被測件有些臨界測試需要超范圍使用，另一方面數(shù)據(jù)包含抖動時，實際鎖定范圍需要比工作速率范圍更寬，否則會導(dǎo)致失鎖。

② 輸入靈敏度要低于被測件輸出幅度
輸入靈敏度需要低于被測件輸出幅度，否則會導(dǎo)致無法正常鎖定或者穩(wěn)定鎖定輸入信號。

③ 恢復(fù)信號固有隨機抖動要盡量低于被測件隨機抖動
恢復(fù)信號固有抖動要盡量低于被測件隨機抖動，恢復(fù)出的時鐘信號抖動會跟隨輸入信號抖動，當(dāng)輸入信號抖動下降時，恢復(fù)出的時鐘信號抖動也會隨之下降，但是一旦達到了恢復(fù)信號固有抖動時，輸出的信號質(zhì)量不會進一步改善。

④環(huán)路帶寬需要能夠調(diào)節(jié)，能夠滿足協(xié)議規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，以及對于發(fā)送和接收端測試調(diào)試要求
不同的協(xié)議對環(huán)路帶寬有不同的需求，為了適應(yīng)更廣泛的測試環(huán)境，時鐘恢復(fù)的環(huán)路帶寬需要能夠調(diào)節(jié)，以保證測量結(jié)果準(zhǔn)確性和合規(guī)性。

⑤ 追蹤范圍要盡量大
當(dāng)輸入數(shù)據(jù)和設(shè)定范圍有小的偏差時，需要時鐘恢復(fù)單元也能夠正常鎖定，允許的偏差范圍即是追蹤范圍。那么以64GBd輸入數(shù)據(jù)速率時，追蹤范圍±1000ppm意味著64GBd±64M的范圍內(nèi)都能夠正常鎖定。

⑥ 具有自動重鎖功能
在自動化測試環(huán)境中，為了提升測試效率，往往在測試系統(tǒng)中配備了開關(guān)以完成自動化切換，在切換過程中會有短暫的信號丟失（無信號）過程，這時如果時鐘恢復(fù)單元具有自動重鎖功能，則不需要用戶進行任何操作，即可以重新鎖定，簡化了測試流程。

⑦ 具有鎖定測頻功能
由于時鐘恢復(fù)單元在追蹤范圍內(nèi)能夠?qū)�輸入信號進行鎖定，因此實際的輸入信號速率需要能夠展示給用戶，方便觀測設(shè)備是否工作正常。

⑧ 輸出分頻比可配置
在配合接收機使用時，可能需要時鐘恢復(fù)輸出1/2速率時鐘或者1/4時鐘，再配合示波器使用時，可能需要時鐘恢復(fù)輸出一個低于3.2GHz的時鐘，為了應(yīng)對不同的使用場景，時鐘恢復(fù)單元的時鐘輸出通常需要提供時鐘分頻能力。

04、中星聯(lián)華SL3300A系列有哪些特點
支持NRZ/PAM4信號
速率范圍：18GBd至64GBd
內(nèi)部可集成光電轉(zhuǎn)換模塊/光功分模塊/電功分模塊
可調(diào)環(huán)路帶寬，最大可至20MHz



可工作在時鐘恢復(fù)模式和時鐘產(chǎn)生模式
支持本地控制和遠程控制
支持輸入均衡
10檔可調(diào)峰值（peaking）



抖動頻譜分析功能


05、中星聯(lián)華SL3300A系列性能指標(biāo)



① 不同速率有所區(qū)別
② 在NRZ，PRBS13條件下進行校準(zhǔn)
③ 視環(huán)路帶寬不同有所區(qū)別