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(多图) 利用时钟再生技术进行的极端的信号调整

中电网?? 2008年07月04日 ?? 收藏0

  设计结束了专用电路板试验台测试结果表明功能完全正常设计小组的工作人员不约而同地长舒了一口气每个人都认为最艰苦的阶段已经过去了专用系统板的最终集成开始进行性能可靠的线性试验台电源很快将被高效的开关电源所取代试验室基准时钟现已被低成本解决方案取而代之在最初的专用电路板测试结果显示有望获得极佳性能的同时无法预知的逻辑器件失效正在系统中悄然滋生在无计可施的情况下只好在背板上插拔电路板人们发现只有某些插槽组合能够正常工作这纯粹是一个逻辑问题吗系统电源上的负载是否包含在计算公式中电路板彼此靠近有没有产生问题时钟抖动是否关闭了定时容限窗口如何才能对问题实施隔离以便开始试验的正确设计这些问题均难以回答但是在系统设计的整个过程中我们当中的大多数人都将会至少一次向这些问题妥协摆脱这种无奈困境的方法是求助于工程SWAT小组这是由一些具有多年丰富维修经验的优秀工程师所组成的团队来解决问题SWAT小组带着一连串的问题深入到试验室中进行调查至关重要的每个人都必需尝试回答一个根本问题试验台与系统设置之间的区别是什么 。

  当处理复杂问题时时常回过头去对子系统之间的依存性重新进行分析和思考往往能够得出令人惊讶的结果这样做的道理在于在某种场合起作用的东西未必会在其他场合自动生效当遇到系统依存性问题时系统时钟通常成为人们的重点怀疑对象将系统故障归咎于时钟固然不难但根本原因何在时钟究竟是引发故障的罪魁祸首还是周围环境的替罪羊虽然本文并不能够针对系统细节专门作答但的确对存在有噪基准时钟脉冲源时的抖动衰减方法进行了研究这并不是寻求最小衰减的另一种尝试而是要弄清楚显著衰减会产生什么样的后果此项工作在很大程度上来说就是众所周知的FailSafeTM时钟架构的一个特殊研究分支在时钟冗余系统中FailSafeTM的作用是在基准时钟脉冲源消失的情况下简化开关操作并维持时钟的存在试验室分析表明FailSafe架构能够在原有应用范围的基础上自然地扩展到用于对付严重的时钟修整问题保持同步自然是必需的而FailSafe也能够做到这一点

  抖动有多重含义而对时钟抖动的要求与系统规范具有很大的相关性为完成这项工作需要关注三个主要的测量条件包括周期至周期抖动有时称为周期抖动以及1s和10s时间间隔内的累积抖动抖动信息的统计累积随后以随机抖动RJ和确定抖动DJ给出通常用直方图来表示

  随机抖动和确定抖动一种不受欢迎的组合

  虽然系统中的自然高斯噪声发生元件始终会引发抖动但如果存在DJ则清楚地表明一个调制信号源正在向定时系统注入能量从直方图的角度来看DJ充斥于中间部分从而扩展了直方图左侧和右侧的自然高斯响应图1示出了该原理由于数字系统是有限系统就是说不应存在调幅信息而是在恰好正确的时刻获得一个0或1因此边缘布局信息的收集和分析过程正是抖动分析的切入点因为直方图是边缘的统计集合所以良好的测量需要大量的采样信息组合来获得必要的+/-6统计数据抽取这样做是有道理的由此可实现最高的测量精度

具有随机抖动和确定抖动分量的直方图

图1具有随机抖动和确定抖动分量的直方图

  噪声条件下的时钟信号修整

  系统中的噪声能量的影响似乎总会不可思议地侵入时钟脉冲源时钟脉冲源遭受传导噪声或辐射噪声影响的可能性大致相同虽然大多数工程师在工作实践中均采用容性旁路技术来对付传导噪声但辐射噪声却往往更加难以定位和矫正串扰即属此类这是因为电气孔隙通常足以成为代人受过的时钟脉冲源至吸收辐射能量的轨迹其他一些常常被忽略的因素是由磁感应所耦合的能量捕获到一个与电源开关速率奇迹般地保持同步的时钟调制频率的情况并不鲜见

  减少时钟走线孔隙有利于吸收辐射能量由于互易定律有效因此能够容易地吸收辐射能量的时钟线同样也会容易地辐射能量这将在进行EMI辐射测试时产生不良影响随着近期ZDB即零延迟缓冲器的普及定时分配正在变得更加局部化了这是一件好事除了时钟缓冲机制外ZDB还能够利用PLL技术来提供零延迟甚至负延迟以克服时钟传播虽然能够进行一些抖动衰减但总的说来ZDB器件并不提供使一个器件能够完成很大的抖动衰减所需的编程参数

  利用模拟技术来进行信号修整

  由于抖动对载频或以最佳单位间隔UI运行的纯时钟基频进行调制因此从理论上说布设一个频带极窄的带通滤波器应该有助于衰减调制分量由于尖锐响应具有高Q值所以必须小心地将带通滤波器置于载波的中心以确保基频不被衰减否则载频随着时间的长期推移而发生的自然漂移将导致显著衰减理想的情况是滤波器应跟踪载波的变化在我们所举的简单示例中需要进行时钟信号的再整形以重新生成一个方波信号原因是带通滤波器有可能除去谐波分量虽然以这种方式来减轻抖动是合理的但是要想以较低的成本和较小的占用空间来实现具有所需Q值的有效解决方案则很困难

可调带通滤波器

图2可调带通滤波器


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时钟再生? 信号调整? 滤波器?

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