由抖动引起的时钟和数据相位关系变化以电信号本身相同速度传输。因此,如果时钟和数据边缘同时开始移动,并且路径长度差距达到50-cm,则数据的变化将在2.375ns内到达接收机,而时钟测的变化是4.75 ns。如果在这2.375 ns内接收侧的时钟和数据相位差变得很大,以至于无法保证设置和保持时间,则信息无法正确传输,引起错误。
注入10-Hz、10UI、正弦抖动会引起时钟和数据在1s 内以100UI 往返移动。在2.375 ns间隔器件,对时钟和数据相位关系的影响应该很小,因为移动仅为475nUI(10UI/10Hzx2(往返)x2.375ns)。同时,注入、10-MHz、10UI、正弦抖动会对时钟和数据相位关系有很大的影响,因为通过相同的计算,移动为475mUI(10UI/10MHzx2(往返)x2.375ns)。
在较大抖动调制速率、抖动调制量以及时钟和数据路径长度的差异时,这种影响更大。这种影响会随着比特率增加而增加,因为在高比特率下更难保证接收机相位裕度。近期在数据传输速度的提升导致了更为严格的抖动容限要求。因此,虽然在之前不考虑数据和时钟的绝对相位,现在构建测量系统时必须纳入考虑范围。
仪器制造商可以指定其时钟和数据相位之间的差异。
4、差分测量时的注意事项
差分高速信号正在变得普及。差分信号的有几点优势。例如,Data和xData可以作为其他信号的阈值电压,同时减少Data和xData共模噪声的影响。此外,相较于单端设备,获得了两倍的电压裕度。然而,速率超过20Gbps信号需要仔细处理,因为在某些条件下,电压和相位裕度比使用单端设备时更差。
下面将讲述如何处理28Gbps差分信号。这类信号正在积极发展中。
图 4.1:差分测量系统
如上所示系统中,当PCB上的DUT通过线缆连接到ED时,从DUT上输出的差分信号通过PCB和线缆并连接到ED。当处理差分信号时,DUT上所有差分路径必须有相同长度。
虽然我们可以通过PCB上的路径减少差分之间的误差,但时使用PCB和测量线缆之间的电缆线路呢?这需要一个非常准确的相位匹配线缆。28-Gbps 信号周期大约为35.7ps。如前节所述,电信号处于50-Ω的传输线缆上传输速度为4.75ns/m,所以周期为35.7ps 的28-Gbps信号的电长度为7.5 mm。换言之,7.5 mm长度的线缆会有1-bit 的延时。当然,在默写条件下,系统不能正确处理差分信号,因为如果线缆长度只有2到3 mm,则偏差约为40%。
图 4.2:差分信号和时延
在图 4.2 所示的恒定高电平和低电平信号下,存在相位裕度小于电压裕度的风险。然而,由于传输线缆带宽和其他因素的限制,实际信号会受到ISI的影响。因此,不能保证在高电平和低电平之间完全变化。
图4.3: 受ISI 和延时影响的差分信号
图4.3 展示了差分信号间存在延时下,尽管使用了差分信号,但单端设备的电压裕度不会加倍。如果向信号中添加失真或者其他噪声,则裕度会进一步降低,当他们作为差分信号处理时,结果会比使用单端设备更糟。
此外,当电缆弯曲或者拉伸时,几乎所有电缆长度都会改变约2到3ps。尽管不怎么需要去担忧这点,但是使用单端设备或低比特率时弯曲电缆会改变使用快速信号(如28Gbps)时的电气长度周期的10%。
图4.4:电缆弯曲引起的电气长度变化
如何在这种情况下使用差分信号?一种解决方案时在相位匹配的线缆的每一端增加一个范围约为50至100 ps的小延迟装置,并将电气长度调整为相等。设备之间的电缆弯曲也必须最小化。
即便如此,完全消除由于电缆弯曲而产生的微小误差仍然是不可能的。在这种情况下,另一种解决方式是使用单端设备进行测量,而不是使用差分信号。
下节介绍如何测量电缆长度。
5、如何测量电缆长度差异
本节介绍两种确定电缆长度是否不同的方法。第一种是使用采样示波器检查脉冲信号波形;第二种是使用TDR。