CC BY
82Арт ПОРТЕР
Восстановление тактового сигнала
в осциллографах реального времени
Большая часть последовательных каналов передачи данных встраивает тактовый сигнал в передаваемые данные, поэтому для любого высокоуровневого анализа информации требуется восстановление тактового сигнала. Чтобы измерить джиттер, построить глазковые диаграммы или декодировать 10-битное кодирование, осциллографы должны восстановить тактовый сигнал из потока передаваемой информации. В данной статье рассматриваются переменные, которые пользователь может изменять для повышения точности измерений методом программного восстановления тактового сигнала.
Осциллографы реального времени Agilent DSO8000 и DSO80000 используют программное восстановление тактового сигнала для измерений джиттера, воссоздания глазковых диаграмм, для декодирования 10-битного кодирования последовательных данных, а также для запуска прибора по последовательностям битов, передаваемым по каналам последовательной передачи данных. Всего этого позволяет достичь функция Agilent InfiniiScan.
Для просмотра восстановленного тактового сигнала следует включить отображение тактового сигнала Display clock в средствах анализа последовательных данных прибора (Serial Data Analysis) (рис. 1).
Первым шагом в восстановлении тактового сигнала является поиск времени всех переходов (пересечений фронтов) в памяти осциллографа, как показано на рис. 2. Следующий шаг зависит от того, какой тип восстановления тактового сигнала был задан,
Сигнал последовательны} данных с одного из каналов осциллографа
Восстановленньи тактовый сигнал
что, в свою очередь, определяется характеристиками сигнала и типом измерений, которые планируется осуществлять. В осциллографах Agilent реализовано три основных режима восстановления тактового сигнала, как показано в таблице.
Рис. 2. Поиск переходных линий (линий пересечения фронтов)
Рис. 1. Данные и восстановленный тактовый сигнал
Таблица. Основные режимы восстановления тактового сигнала
Постоянная частота Когда целью является измерение всего джиттера сигнала во всей полосе частот. Примеры: тестирование передатчиков, характеризация вторичных каналов синхронизации
ФАПЧ (PLL) Когда нужно измерить джиттер таким, каким его видит приемник после восстановления тактового сигнала с помощью аппаратной ФАПЧ
Явный тактовый сигнал В случаях, когда тестируемая система использует явный, а не встроенный тактовый сигнал
Когда вы выбираете режим постоянной частоты, ПО осуществляет линейную регрессию по частоте и фазе для достижения минимального значения параметра погрешности временного интервала (TIE). Этот режим позволяет видеть весь джиттер в составе сигнала, даже тот, что внесен умышленно — например, вторичные каналы синхронизации. Этот режим используется для тестирования передатчиков или характеризации SSC.
При выборе режима восстановления тактового сигнала с помощью ФАПЧ программное обеспечение эмулирует идеальную аппаратную ФАПЧ с характеристиками, выбранными пользователем. Варианты выбора будут описаны позже. Все системы, основанные на передаче данных по последовательным каналам со встроенным тактовым сигналом, используют для восстановления тактового сигнала ФАПЧ. Любые аппаратные ФАПЧ отфильтровывают входящий джиттер, не превышающий определенной частоты. Многие стандарты описывают характеристики восстановления тактового сигнала при измерении джиттера. Типичная полоса пропускания петли, используемая во многих стандартах, составляет //1667, где /— это скорость передачи данных.
Режим явного тактового сигнала — это не совсем программный механизм восстановления тактового сигнала, но мы его опишем, так как он используется в некоторых приложениях. При выборе режима явного тактового сигнала осциллограф определяет такты, основываясь на времени пересечения фронтов сигнала на другом канале (в зависимости от заданных пределов). Этот режим используется при тестировании систем, где опорным тактовым сигналом является явный сигнал. Данный режим также дает возможность проводить измерения в системах со значениями тактового сигнала, меньшими, чем скорость передачи данных. Например, в DVI используется тактовый сигнал с частотой в 1/10 скорости передачи данных.
Варианты выбора в режиме постоянной частоты
При выборе режима постоянной частоты предлагается три варианта — полностью автоматический, полуавтоматический и ручной. В большинстве ситуаций целесообразно выбрать полностью автоматический вариант.
Иногда можно пронаблюдать сигнал с таким уровнем джиттера, что время между успешными фронтами меньше чем половина нормального битового периода. Если это происходит, линейный алгоритм может посчитать, что скорость передачи данных вдвое больше фактической. В этом случае можно включить полуавтоматический период и задать осциллографу некую основную частоту. (Эту проблему очень легко обнаружить, если взглянуть на индикатор тактовой часто-
ты в пакете EZJIT Plus. Кроме того, можно отобразить на экране восстановленный тактовый сигнал, а потом измерить его частоту функцией автоматического измерения частоты осциллографа.)
Полуавтоматический режим можно использовать для нахождения корректного параметра частоты, когда в захваченных данных нет выделенных нулей и единиц. В этом случае ПО будет считать фактической скорость передачи данных, которая ниже на некоторый целый коэффициент. Можно ввести параметр ожидаемой скорости передачи данных — в этом случае осциллограф найдет наиболее близкое к этой частоте значение.
Ручной режим используется редко. В этом случае пользователем задается точная частота, и осциллограф сравнивает сигнал с тактовым сигналом этой частоты. И если есть пусть даже минимальные расхождения в опорной частоте осциллографа и опорной частоте системы, это может привести к ошибкам в измерении джиттера, особенно при использовании очень глубокой памяти. Например, если захватывается 250 000 единичных интервалов тестируемого сигнала, а опорная частота осциллографа и системы отличаются всего на 1 млн-1, совокупная погрешность будет составлять 1/4 единичного интервала. Если есть возможность, мы рекомендуем в ручном режиме использовать внешний опорный сигнал с частотой 10 МГц осциллографа и синхронизировать опорный тактовый сигнал системы с этой частотой.
Варианты восстановления тактового сигнала с помощью ФАПЧ
Восстановление тактового сигнала с помощью ФАПЧ позволяет измерить джиттер так, как он воспринимается приемником. Рассмотрим несколько примеров измерений с использованием ФАПЧ для иллюстрации некоторых ключевых моментов.
На рис. 3 мы видим сигнал с низкочастотной фазовой модуляцией. В этом примере для модулирования фазы сигнала используется сигнал треугольной формы с частотой 33 КГц. Трасса желтого цвета — сигнал по-
AJ*
Рис. 3. Сигнал с низкочастотной фазовой модуляцией, проанализированный с использованием восстановления тактового сигнала методом постоянной частоты
Рис. 4. Тот же сигнал, что на рис. 3, но с использованием восстановления тактового сигнала с помощью ФАПЧ
следовательных данных, фиолетовый — это погрешность временного интервала. Он отображает значение этой погрешности для каждого перехода в сигнале данных, привязанное по времени к сигналу данных. Отметим, диапазон погрешности от пика до пика составляет 272,57 пс.
На рис. 4 тот же сигнал, но в другом режиме — в режиме ФАПЧ первого порядка. Отметим, что амплитуда теперь составляет 64 пс.
Почему восстановление тактового сигнала с помощью ФАПЧ не устранило весь джит-
Фигура, определяемая установкой
демпфирующего фактора
У/-'
20 дБ/десяток 1 £ 40 дБ/десяток
Первый порядок Второй порядок
Рис. 5. Поведение восстановления тактового сигнала первого и второго порядка с помощью ФАПЧ
тер? Разве она не рассчитана на то, чтобы удалять весь джиттер, находящийся ниже полосы пропускания петли?
Нет, ФАПЧ первого порядка только ослабляет джиттер, находящийся ниже полосы пропускания петли, на 20 дБ на десяток.
Несмотря на то, что частота сигнала треугольной формы 33 кГц, вершины треугольного сигнала обозначают резкое изменение наклона, что отражает высокочастотные компоненты модуляции. Вот почему после восстановления тактового сигнала с помощью ФАПЧ получается прямоугольная волна. ФАПЧ работает как фильтр высоких частот. Этот фильтр служит дифференциатором;
производная треугольной волны — прямоугольная.
На рис. 5 приведено изображение частотной характеристики алгоритмов восстановления тактового сигнала первого и второго порядка с помощью ФАПЧ. Некоторые стандарты передачи последовательных данных могут напрямую задавать частотную характеристику, в этом случае демпфирующий фактор задается в дополнение к полосе пропускания петли ФАПЧ.
Явный тактовый сигнал
Функция явного тактового сигнала предназначена для тестирования систем, ис-
пользующих отдельный явный тактовый сигнал. В этом случае данные на осциллограф подаются по одному каналу, а этот тактовый сигнал — по другому. Диалоговое окно установки тактового сигнала предложит задать канал, по которому тот поступает.
ПО анализа последовательных данных или джиттера предполагает, что точное время пересечения фронтов тактового сигнала — это отдельные моменты времени, поэтому важно, чтобы сигналы данных и тактового сигнала были выровнены таким образом, чтобы их переходы во времени не совпадали. Для этого можно настроить функцию выравнивания сигнала в канале. ■
