高速互联链路中参考时钟的抖动分析与测量

高速互联链路介绍
任何一个通信链路都包含三个部分：发送器（TX）、媒质（信道）、接收器（RX）。对于高速的串行互联链路也包含这三个部分，如下图1所示为一个典型的高速互联链路的结构图。其中发送器包括了：并行转换串行、编码（比如8b10b编码）、发送信号优化（如预加重）、发送驱动等功能。接收器包括了：时钟恢复、数据恢复、接收信号优化（如均衡）、串行转化并行、解码等功能。传输通道则由印刷电路板的走线、过孔、连接器、插卡的金手指、电缆、光纤等组成。

从整个链路的组成来看，发送器参考时钟的抖动在串并转换时就引入到整个链路中，影响着TX端发送出的数据的抖动，而接收器要从这些数据中恢复出时钟来进行后续的处理。可以看出发送器参考时钟的性能对整个链路的性能起到很关键的作用。本文从时钟抖动的相关概念、测试实例、测试注意事项、测试难点几方面对时钟抖动测试进行分析和探讨。

图1：串行互联链路的结构示意图

三种时钟抖动的定义，峰峰值与有效值
时钟抖动通常分为时间间隔误差（Time Interval Error，简称TIE），周期抖动（Period Jitter）和相邻周期抖动（cycle to cycle jitter）三种抖动。

TIE又称为phase jitter，是信号在电平转换时，其边沿与理想时间位置的偏移量。理想时间位置可以从待测试时钟中恢复，或来自于其他参考时钟。如图2所示TIE抖动的示意图，I1、I2、I3、In-1、In是时钟第一个到第n个上升沿与理想时间位置的偏差，将I1、I2到In进行数理统计，在所有样本的找出最大值和最小值，两者相减可以得到TIE抖动的峰峰值，即：

假设N为测量的样本总数，抖动的平均值可表示为：

抖动的有效值（即RMS值）为所有样本的1个Sigma值，即：

周期抖动（Period Jitter）是多个周期内对时钟周期的变化进行统计与测量的结果。如图3所示的P1、P2、Pn-1、Pn为多个周期内时钟的周期数值，对这些数值进行数理统计，同理，与TIE抖动的峰峰值和有效值计算方法相同，把P1到Pn中的最大值减去最小值，得到周期抖动的峰峰值，把P1到Pn进行1个Sigma运算，得到周期抖动的RMS值。