关于高速的串行总线来说,一般状况下都是经过数据编码把时钟信息嵌入到传输的数据流里,然后在接纳端经过时钟康复把时钟信息提取出来,并用这个康复出来的时钟对数据进行采样,因而时钟康复电路关于高速串行信号的传输和接纳至关重要。
CDR电路原理
时钟康复的意图是盯梢上发送端的时钟漂移和一部分颤动,以保证正确的数据采样。时钟康复电路(CDR:Clock Data Recovery)一般都是经过PLL(Phase lock loop)的办法完成,如下图所示。输入的数字信号和PLL的VCO(Voltage-controlled oscillator,压控振荡器 )进行鉴相比较,假如数据速率和VCO的输出频率间有频率差就会发生相位差的改变,鉴相器对这个相位差错进行比较并转换成相应的电压操控信号,电压操控信号经过滤波器滤波后发生对VCO的操控信号然后调整VCO的输出时钟频率。运用滤波器的意图是把快速的相位改变信息积分后转换成相对缓慢的电压改变以调整VCO的输出频率,这个滤波器有时又称为环路滤波器,一般是一个低通的滤波器。经过重复的鉴相和调整,终究VCO的输出信号频率和输入的数字信号的改变频率共同,这时PLL电路就进入确定状况。

环路带宽对眼图、颤动丈量的影响
值得注意的是,在实在的状况下,输入的数字信号并不是一个纯洁的信号,而是包括了不同频率成分的颤动。关于低频的颤动来说,其形成的是数据速率的缓慢改变,假如这个缓慢改变的频率低于环路滤波器的带宽,输入信号颤动形成的相位改变信息就可以经过环路滤波器然后发生对VCO输出频率的调整,这时VCO的输出时钟中就会盯梢上输入信号的颤动。而假如输入信号中颤动的频率比较高,其形成的相位改变信号不能经过环路滤波器,则VCO输出的时钟中就不会有随输入信号一同改变的颤动成分,也便是说输入信号中的高频颤动成分被PLL电路过滤掉了。
如下图所示,咱们一般会用PLL电路的JTF(Jitter Transfer Function,颤动传递函数)曲线描绘PLL电路关于不同频率颤动的传递才能。JTF曲线一般是个低通的特性,反映了PLL电路关于低频颤动能很好盯梢而对高频颤动盯梢才能有限的特性。

关于低频的颤动,PLL电路可以很好地盯梢,康复出来的时钟和被测信号一同颤动。假如接纳端的芯片用这个康复时钟为基准对输入信号进行采样,因为此刻时钟和被测信号一同颤动,所以这种低频的颤动不会被观察到,关于数据采样的树立坚持时刻也没有太大影响。
相反地,高频的颤动会被PLL电路过滤掉,因而输出的时钟里不包括这些高频的颤动成分。假如用这个时钟对数据信号进行采样,就会观察到输入信号里显着的颤动。接纳端用康复时钟进行采样时可以看到的颤动与颤动频率间的联系有时咱们会用OJTF(Observed Jitter Transfer Function,观察到的颤动传递函数)曲线来描绘,其随频率的改变曲线正好JTF曲线相反。
正因为时钟康复电路关于低频颤动的盯梢特性,因而许多高速串行总线的接纳芯片关于低频颤动的忍受才能会远远超越对高频颤动的忍受才能。下图是USB3.0总线关于接纳端芯片关于不同频率颤动忍受才能的要求的一条曲线,可以看到其对低频的忍受才能非常大,乃至可以远超越1个UI(数据比特宽度)。

时钟康复电路的PLL的环路带宽设置不同,关于不同频率颤动盯梢才能也不一样。一般状况下,PLL的带宽设置越窄,康复出来的时钟越纯洁,可是关于颤动的盯梢才能越弱,用这个时钟为基准对数据做采样时看到的信号上的颤动会越多,看到的信号的眼图会越恶劣;相反,假如PLL的带宽设置越宽,关于颤动的盯梢才能越强,康复出来的时钟和信号的颤动越挨近,用这个时钟为基准对数据做采样时看到的信号上的颤动会越少,看到的信号的眼图会越好。下图反映出的便是不同的PLL带宽设置关于康复时钟颤动和以这个康复时钟为基准对信号进行采样时看到的眼图的状况。

测验中时钟康复办法的挑选
经过前面的介绍可以看到,眼图和颤动都是相对量,关于同一个信号,以什么时钟为基准看到的作用是不一样的。那么关于一个高速串行信号的眼图或许颤动丈量来说,应该以什么样的时钟为基准呢?或许说应该把时钟康复的环路带宽设置为多少呢?答案便是尽量参阅接纳端芯片的时钟康复状况。
即便关于一个从发送器直接发送出来的信号的眼图和颤动的丈量,咱们关怀的也是这个信号进入到接纳芯片内部后接纳芯片经时钟康复后看到的眼图是什么样的,所以在进行发送端的信号质量测验时也会尽量模仿接纳端的时钟康复办法,不然丈量到的成果可能是不实在的。不同的总线关于接纳端时钟康复的环路带宽乃至滤波器的形状都有要求,比方光通信中常数据速率的1/1667或许1/2500做为环路带宽,而PCI-E、USB3.0、SATA等总线都有自己界说的环路带宽要求。
为了便利针对不同总线进行测验,测验外表不光需求有时钟康复才能,还需求可以依据不同总线的要求设置适宜的环路带宽。许多实时示波器会用软件的办法进行时钟康复,环路带宽的设置相对灵敏一些;而采样示波器或许误码仪会用到专门的硬件时钟康复电路,这时就需求时钟康复电路最好能有环路带宽的调整才能以习惯不同的测验规范。