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時(shí)鐘晶振抖動(dòng)的對(duì)產(chǎn)品的性能影響很大,這是我們都知曉的問題,而且其測(cè)量時(shí)鐘抖動(dòng)的大小也漸漸地成為現(xiàn)在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分.就目前而言,已經(jīng)有不少的方法可以可來測(cè)量時(shí)鐘的抖動(dòng),抖動(dòng)的定義是什么,該如何減少時(shí)鐘振蕩器抖動(dòng)呢,下面康比電子帶領(lǐng)大家一起了解.
抖動(dòng)定義為:
1、數(shù)字信號(hào)從其理想位置及時(shí)的重要瞬間的短期變化.
2、偏離事件的理想時(shí)間.
因此,術(shù)語"抖動(dòng)"描述了系統(tǒng)內(nèi)的定時(shí)誤差.時(shí)鐘抖動(dòng)實(shí)際上并不會(huì)改變正在傳輸?shù)男畔⒌奈锢韮?nèi)容,只會(huì)改變傳輸信息的時(shí)間.根據(jù)情況,這可能或不影響最終解碼輸出.
抖動(dòng)與漂移
時(shí)序變化分為兩類,稱為抖動(dòng)和漂移
漫步:
●時(shí)間變化緩慢發(fā)生
●它是頻率為0到10Hz的抖動(dòng)-漂移通常是由溫度變化引起的.
抖動(dòng):
●時(shí)鐘抖動(dòng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成許多不良影響,例如數(shù)據(jù)損壞和AC時(shí)序違規(guī).
●定時(shí)抖動(dòng)一直在降低電氣系統(tǒng)的性能,但是對(duì)更高數(shù)據(jù)速率和更低邏輯擺幅的驅(qū)動(dòng)使人們?cè)絹碓疥P(guān)注其特性.
●表征對(duì)于幫助定義,識(shí)別和測(cè)量抖動(dòng)非常重要.需要設(shè)置合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范.
所有電路都會(huì)有一些徘徊,通常不會(huì)引起太多關(guān)注.另一方面,JITTER會(huì)給許多開發(fā)人員帶來許多不眠之夜.
您可能聽說過幾種類型的抖動(dòng).
周期性,周期到周期,時(shí)間間隔,確定性,隨機(jī),模式相關(guān),有界,正弦和高斯,但基本上它們都屬于兩類.確定性或隨機(jī)性
確定性
●有時(shí)稱為周期性抖動(dòng).抖動(dòng)以循環(huán)方式重復(fù).它取決于模式,通常由耦合到系統(tǒng)中的外部確定性噪聲源引起,例如開關(guān)電源噪聲或強(qiáng)RF載波.它也可能由不穩(wěn)定的時(shí)鐘恢復(fù)PLL(鎖相環(huán))引起.
●周期性抖動(dòng)很難被拒絕,并且在大多數(shù)情況下,必須改進(jìn)時(shí)鐘源以消除由周期性抖動(dòng)引起的音調(diào).
●它總是以振幅為界,具有特定的原因.
串?dāng)_-EMI
-開關(guān)電源噪聲
-同步開關(guān)輸出(SSO)
-器件功能相關(guān)性
定期
看看上面的3個(gè)信號(hào).
●第一種是沒有抖動(dòng)的理想時(shí)鐘.
●第二個(gè)信號(hào)是正在調(diào)制的時(shí)鐘.
●第三個(gè)顯示調(diào)制功能.
當(dāng)函數(shù)為高時(shí),它會(huì)增加周期長(zhǎng)度;當(dāng)函數(shù)為低時(shí),它從時(shí)鐘32.768K的周期長(zhǎng)度中減去.您可以看到,如果要在11個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行測(cè)量,您將獲得理想時(shí)鐘和抖動(dòng)時(shí)鐘的相同測(cè)量值.這就是為什么測(cè)量抖動(dòng)是如此困難,并采用特殊的測(cè)試設(shè)備來完成它.
隨機(jī)抖動(dòng)
隨機(jī)抖動(dòng)是無法預(yù)測(cè)的定時(shí)噪聲.它沒有可辨別的模式.它會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加,并被稱為無界限,并將影響長(zhǎng)期可靠性.
●原因包括:
△半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)的熱振動(dòng)(噪聲).
△白噪聲(由于半規(guī)則摻雜濃度而不是完美的價(jià)電子映射)
△處理異常
△閃爍噪聲(低頻應(yīng)用,通常在電阻器,二極管,晶體管和開關(guān)中找到).
測(cè)量時(shí)鐘抖動(dòng)
時(shí)鐘抖動(dòng)的真正衡量標(biāo)準(zhǔn)是時(shí)鐘晶振邊沿隨時(shí)間的精確位置.檢查邊緣位置的最直接方法是使用示波器.不幸的是,使用標(biāo)準(zhǔn)示波器測(cè)量的任何抖動(dòng)都是由于觸發(fā)不穩(wěn)定造成的.因此,即使使用非常好的示波器進(jìn)行直接波形測(cè)量也不是有效的抖動(dòng)測(cè)量.
使用高性能,寬帶寬示波器和高速時(shí)鐘抖動(dòng)分析軟件,對(duì)于獲得良好的時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)量至關(guān)重要.
這并不是說示波器不能用于觀察抖動(dòng).
在波形中,可以通過調(diào)整示波器以顯示一個(gè)完整的時(shí)鐘周期來估計(jì)其峰峰值.當(dāng)示波器在第一個(gè)邊沿觸發(fā)時(shí),可以在第二個(gè)邊沿上看到周期抖動(dòng).
請(qǐng)記住,測(cè)量的抖動(dòng)總是大于電路的真實(shí)抖動(dòng),因?yàn)闇y(cè)量的抖動(dòng)包括石英晶體振蕩器和示波器的抖動(dòng).
(從左到右)低抖動(dòng)/高質(zhì)量,中等,高抖動(dòng)/低質(zhì)量
通常稱為"眼圖",每個(gè)圖是由于噪聲或抖動(dòng)引起的邊緣放置的累積圖形畫像.理想情況下,采樣發(fā)生在"眼睛"的中心.隨著邊緣抖動(dòng)的增加,明顯的眼睛開始閉合.
數(shù)字信號(hào)傳輸質(zhì)量越好,眼睛應(yīng)該有更開放的白色空間.
●最終眼圖的白色空間的寬度簡(jiǎn)單地稱為眼睛寬度.如果眼圖由足夠的樣本(數(shù)百萬和三百萬個(gè)三個(gè)時(shí)間段轉(zhuǎn)換)組成,則眼寬度是在任何給定時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)線穩(wěn)定的時(shí)間量的良好度量.這可以很好地了解允許的設(shè)置時(shí)間和保持時(shí)間.
●最終眼圖的白色空間的高度稱為眼高.如果眼圖由足夠的樣本組成(數(shù)百萬和數(shù)百萬個(gè)三個(gè)時(shí)間周期的過渡),則眼高可以告訴接收器的VIH和VIL需要在何處正確地采樣數(shù)據(jù).
理想的最小抖動(dòng)范圍屏幕截圖
過度的抖動(dòng)屏幕截圖
減少抖動(dòng)的方法
●過濾良好的電源.
△導(dǎo)致時(shí)鐘抖動(dòng)的主要因素是設(shè)計(jì)電源中存在明顯的電壓降.器件電源和接地輸入引腳應(yīng)在PCB上具有正確的布線,并始終保持穩(wěn)定的石英晶振器件電壓.
●精心設(shè)計(jì)的電路板布局.
△良好的布局是關(guān)于保持噪聲電流不會(huì)交叉耦合到時(shí)鐘和信號(hào)線.需要足夠的單個(gè)地平面以防止地面反彈和虛假振蕩.
●在設(shè)計(jì)階段精心選擇時(shí)鐘
●限制設(shè)備上的I/O和CPU活動(dòng).
●為PLL電源輸入引腳提供適當(dāng)?shù)臑V波
●提供清除頻率噪聲的參考時(shí)鐘.
●在時(shí)鐘抖動(dòng)超出系統(tǒng)可接受的AC要求的系統(tǒng)上,將一個(gè)串聯(lián)RC OSC晶振電路(RXFC+CXFC)添加到XFC引腳以提供PLL噪聲抑制,從而可以快速恢復(fù)PLL鎖定條件以獲得更寬的頻率帶寬.
結(jié)論
總之,采用各種方法來產(chǎn)生時(shí)鐘振蕩器頻率.在設(shè)計(jì)階段用于確定系統(tǒng)需求所花費(fèi)的時(shí)間將導(dǎo)致更少的問題,并且以后花費(fèi)更少的時(shí)間來糾正它們.它還有助于確定每種應(yīng)用的成本效益方法.
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