作者：John Johnson，德州儀器 (TI) 市場開發(fā)與系統(tǒng)工程經(jīng)理

本文介紹時鐘抖動對高速鏈路性能的影響。我們將重點介紹抖動預(yù)算基礎(chǔ)。

用于在更遠距離對日益增長的海量數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)囊恍�標準不斷出現(xiàn)。來自各行業(yè)的工程師們組成了各種委員會和標準機構(gòu)，根據(jù)其開發(fā)標準的目標（數(shù)據(jù)吞吐量和通信距離）確定抖動預(yù)算；同時還要考慮到組成通信鏈路的模塊的局限性。

圖 1 通信鏈路—抖動組件

圖 1 顯示了集成有一個嵌入式時鐘的典型高速通信鏈路。每個子系統(tǒng)（時鐘、發(fā)送器、通道和接收機）都會對整體抖動預(yù)算的增加產(chǎn)生影響。子系統(tǒng)抖動包括一個決定性 (DJ) 組件和一個隨機組件 (RJ)，如圖 1 所示。為了實現(xiàn)可接受的通信效果，必須滿足下列條件：

 方程式 1

其中：TJ_SYS 是總抖動，而 1UI 為1個單位時間間隔（1 比特時間）

總抖動 (TJ) 包括每個子系統(tǒng)決定性抖動和隨機抖動的和。由于隨機抖動自身的屬性，進行這種求和時需要特別注意。隨機抖動呈現(xiàn)高斯（隨機）分布，并且無邊界。因此，隨機抖動可表示為一個 RMS 值，并且在規(guī)定測量/整合帶寬范圍內(nèi)對其進行估算。例如，圖 1 所示接收機的抖動測量帶寬便為 f2 - f1（參見圖 2）。這是因為接收機鎖相環(huán)路 (PLL) 追蹤 f1 以下的抖動（從而排斥它），而發(fā)射 PLL 的頻率上限為 f2。從接收機的角度來看，使鏈路性能降低的隨機抖動降至這些限制之間。

圖 2 高速通信鏈路—隨機抖動測量帶寬

由于隨機抖動是隨機過程產(chǎn)生的結(jié)果，系統(tǒng)總隨機抖動的計算需要進行方和根 (RSS) 計算，如方程式2所示：

方程式 2

決定性抖動源和的計算很簡單：

 方程式  3

較后，可對系統(tǒng)總抖動進行估算，由此可以實現(xiàn)鏈路預(yù)算；但是，還需要做更多的工作。這種計算涉及統(tǒng)計數(shù)學(xué)。需要用到一種被稱之為 Q 因數(shù)的參數(shù)（參見表 1）。Q 因數(shù)的大小具體取決于誤碼率 (BER)，同時還要根據(jù)鏈路性能/可靠性目標來選擇。由于隨機抖動的無邊界屬性，（較終）會出現(xiàn)誤碼。例如，10^-8 的 BER 意味著，每發(fā)送 100,000,000 比特便會有一個比特被錯誤解釋。現(xiàn)代的通信系統(tǒng)通常會要求一個達到或者超過 10^-12 以上的 BER。

系統(tǒng)總抖動（以及鏈路預(yù)算）可使用方程式 4 計算得到：

方程式 4

例如，10^-14 的 BER 時，總抖動為：

方程式 5

表 1 Q 因數(shù)和誤碼率

本文討論了構(gòu)成總抖動預(yù)算的一些參數(shù)。下一次，我們將探討時鐘，并研究隨機抖動和相位噪聲之間的關(guān)系。

下一篇《信號鏈基礎(chǔ)知識》中，我們將討論 RS485 收發(fā)器的驅(qū)動能力，敬請期待。