嵌入式系统设计中时钟抖动的基础

嵌入式开发时钟抖动是时钟沿偏离其理想位置的偏差。了解时钟抖动在应用中非常重要，因为它在系统的时序预算中起着关键作用。它有助于嵌入式开发工程师了解系统时序裕度。

随着系统数据速率的提高，时序抖动已成为系统设计中的关键，因为在某些情况下，系统性能限制取决于系统时序裕量。因此，对时序抖动的良好理解在嵌入式系统设计中变得非常重要。总抖动可以分为随机抖动和确定性抖动分量。

本文不讨论抖动的组成。它关注于不同类型的时钟抖动（如下图1所示。可以在时域和频域中测量时钟时序抖动。在时域中测量周期抖动，周期抖动和时间间隔误差（TIE）抖动，其中相位噪声和相位抖动在频域中测量。

图1：时钟抖动示例。

定义不同类型的抖动 <>一些抖动源是热噪声，电源噪声，接地反弹，PLL电路，串扰和反射。定义不同类型的抖动有不同类型的时钟抖动。这是各种讨论。

逐周期抖动，逐周期抖动测量1,000个时钟周期内任意两个相邻时钟周期之间的时钟周期变化。逐周期抖动RMS测量在1,000个时钟周期内任意两个相邻时钟周期之间的时钟周期测量变化的标准偏差。

同时，逐周期抖动峰峰值测量了1,000个时钟周期内任意两个相邻时钟周期之间的最小时钟周期变化与最大时钟周期变化之间的差。

逐周期抖动测量用于确定应用中的高频抖动，因为它可以测量两个相邻时钟周期之间的抖动。具有很小的周期间抖动值非常重要，因为它会影响系统时序裕量。

周期抖动。示于图2的下方，周期抖动措施超过10,000个时钟周期中的波形的时钟周期的时钟周期的最大偏差。

周期抖动RMS测量10,000个时钟周期内时钟周期测量值的标准偏差。周期抖动峰峰值测量了10,000个时钟周期内最小时钟周期与最大时钟周期测量之间的差异。

图2：所示为安森美半导体可编程时钟NB3N3020的周期抖动测量示例。

周期抖动测量用于确定应用中的低频抖动，因为它通过测量超过10,000个时钟周期的时钟周期偏差来测量抖动。周期抖动用于计算系统时序裕量。

时间间隔误差抖动。TIE抖动（下面的图3）测量时钟的每个有效沿与理想时钟的对应沿相差多远。TIE抖动RMS可以测量定时误差的标准偏差。TIE峰峰值测量最小和最大定时误差之差。

TIE抖动在时钟和数据恢复（CDR）PLL中很重要，以显示CDR中的PLL是否能够跟踪输入数据流。TIE抖动很大，表明CDR PLL无法正确跟踪输入数据流中的变化。

图3：安森美半导体的NB3N3002时钟发生器的TIE抖动测量示例。

相位噪声。相位噪声（下面的图4）在频域中测量，是信号功率与噪声功率之比，归一化为相对于载波信号的给定偏移量为1Hz带宽。

领取嵌入式物联网学习路线图4：相位噪声和相位抖动的测量

相位抖动是通过对载波信号中指定频率偏移上的相位噪声进行积分来测量的。相位抖动通过对相位噪声图下的面积进行积分，来测量与载波信号的能量相比，存在于载波信号的指定频率偏移中的能量。

例如，SONET使用距载波信号12kHz至20MHz的频率偏移来积分相位噪声图下的面积，以测量相位抖动。光纤通道使用距载波信号637kHz至10MHz的频率偏移，对相位噪声图下的面积进行积分，以测量相位抖动。领取嵌入式物联网学习路线