在高速串行通信系統中,CDR(時鐘數據恢復)技術是實現數據傳輸的關鍵技術之一。然而,CDR電路的設計面臨著一個重要的挑戰——抖動。抖動現象指的是數據信號在實際傳輸過程中的位置相對于理想位置的偏離。這種偏離可能導致數據傳輸錯誤,因此,理解和控制抖動對于保證通信系統的可靠性至關重要。
抖動通常分為兩種類型:確定性抖動和隨機抖動。確定性抖動是由多個因素引起的,包括碼間干擾、串擾、占空失真以及周期性抖動等。這些抖動的來源通常是可以預測的,比如開關電源引起的干擾。與之相對的是隨機抖動,它通常是由半導體器件的熱噪聲引起的,并且難以預測。
在CDR電路中,傳送參考時鐘、傳送PLL(相位鎖定環)、串化器以及高速輸出緩沖器等部件都可能對傳送抖動產生影響。傳送抖動的大小通常用單位間隔的百分比或UI來表示。例如,0.2 UI的傳送抖動意味著抖動占據了比特周期的20%。在設計中,我們希望這個數值盡可能低,因為更低的UI數值代表更少的抖動,從而意味著更優的信號質量。
同樣地,CDR接收器也會有一個規格,指明在給定的比特率下它能容忍的最大抖動量。一般來說,比特誤碼率的標準設定為1e-12。接收器的抖動容限也用UI來表示,一個較大的UI值表明接收器能夠容忍更多的抖動。例如,0.8 UI的接收抖動容限意味著即使80%的比特周期被噪聲占據,接收器仍然能夠可靠地接收數據。
抖動的量化通常借助于統計上的鐘形分布來進行,該分布的中心點代表了理想的信號邊沿位置。通過這種方式,設計人員可以直觀地看到抖動對信號質量的影響,并據此進行優化設計。
在面對抖動問題時,設計人員需要采取一系列措施來確保信號的穩定傳輸。首先,選擇合適的電路板材料和布線策略可以減小串擾和碼間干擾。其次,使用高質量的電源和電源濾波器可以減少周期性抖動。此外,優化PLL的參數和串化器的設計也是降低確定性抖動的有效方法。對于隨機抖動,雖然難以徹底消除,但可以通過改進半導體制程和散熱設計來盡量降低其影響。
總之,抖動是CDR電路設計中的一個核心挑戰,它直接關系到高速串行通信系統的性能和可靠性。通過深入理解抖動的來源和特性,以及采取合理的設計措施,可以有效地管理和減輕抖動的影響。隨著通信技術的不斷進步,對抖動的控制和管理將變得更加重要,這要求設計人員不斷創新和優化,以實現更高效、更可靠的數據傳輸解決方案。
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