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簡介
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??? 在有線通信中，很多時(shí)都需要從數(shù)據(jù)恢復(fù)一個(gè)時(shí)鐘。假如將時(shí)鐘編碼成數(shù)據(jù)，那便可無需用電纜來把時(shí)鐘傳輸，從而解決偏斜的問題。這篇應(yīng)用注釋探究了清理時(shí)鐘從頭至尾的每一個(gè)步驟，并分析需要注意的地方和其所帶來的影響。
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??? 諸如是 SCAN25100 之類的串行器" title="串行器">串行器/解串器" title="解串器">解串器 (SerDes) 能夠把一組平行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一組可以在一條電纜上傳送的串行化數(shù)據(jù)。然而，處于接收端的另外一個(gè)串行器/解串器則可用來把接收得來的串行數(shù)據(jù)" title="串行數(shù)據(jù)">串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行的數(shù)據(jù)。這是一項(xiàng)非常有效的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，但可惜轉(zhuǎn)換后恢復(fù)過來的時(shí)鐘與用來產(chǎn)生這些串行數(shù)據(jù)的原本時(shí)鐘相比，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)中夾雜有相位噪聲" title="相位噪聲">相位噪聲 (抖動(dòng))。
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??? 當(dāng)數(shù)據(jù)在冗長的電纜上傳輸時(shí)，信號(hào)將會(huì)變得較弱而信噪比將會(huì)減少。假如電纜太長，那將不可能把時(shí)鐘恢復(fù)?；谶@個(gè)原因，需要加入一個(gè)串行器/解串器來作為中繼器，它會(huì)接收串行數(shù)據(jù)和恢復(fù)時(shí)鐘，之后利用已恢復(fù)的時(shí)鐘或一個(gè)去抖動(dòng)的時(shí)鐘去為數(shù)據(jù)重新建立時(shí)鐘。通過這個(gè)方法，便能夠?yàn)閿?shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳送。
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??? 例如是 LMK03000C 之類的時(shí)鐘調(diào)節(jié)器可以用來處理這些受污染(含有較高相位噪聲.抖動(dòng))的時(shí)鐘，并且產(chǎn)生一個(gè)清潔的時(shí)鐘 (較低相位噪聲/抖動(dòng))，其頻率與原來的一模一樣。
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計(jì)算抖動(dòng)
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??? 相位噪聲比起抖動(dòng)更具描述性，抖動(dòng)可以從相位噪聲計(jì)算出來，但反過來便不行。假如掌握有相位噪聲的數(shù)據(jù)，再加上載波頻率和積分的上下限，那抖動(dòng)便可從下列公式中計(jì)算出來：
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??? 從上述的公式可明顯看到，假如要將抖動(dòng)減到最少，那便要將相位噪聲曲線以下的面積盡量減少。
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選擇合適的環(huán)路帶寬
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??? 環(huán)路濾波器可以通過用一個(gè)外部電阻器和兩個(gè)外部電容器來實(shí)現(xiàn)。只要小心選擇這些組件，便能夠調(diào)節(jié)系統(tǒng)的環(huán)路帶寬。當(dāng)頻率處于環(huán)路帶寬以下時(shí)，來自 30.72 MHz 恢復(fù)時(shí)鐘的噪聲便會(huì)通過，而壓控振蕩器 (VCO) 噪聲會(huì)被衰減。相反，假如頻率在環(huán)路帶寬之上，那來自 30.72 MHz 恢復(fù)時(shí)鐘的噪聲會(huì)被衰減，而 VCO 噪聲則會(huì)通過。因此，環(huán)路帶寬的最佳設(shè)計(jì)選擇，會(huì)視乎 VCO 和恢復(fù)時(shí)鐘的噪聲而定。
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??? 在這個(gè)設(shè)置中，所采用的 VCO 是 LMK03001C 時(shí)鐘調(diào)節(jié)器的內(nèi)部 VCO，而恢復(fù)時(shí)鐘則來自SCAN25100，并在圖 1 展示出單跳、兩跳和三跳的狀況。正常來說，當(dāng)自行運(yùn)行的 VCO 噪聲頻率相當(dāng)于另一個(gè)帶內(nèi)噪聲源的頻率時(shí)，將這個(gè)頻率加大25%" title="25%">25% 便是最佳的抖動(dòng)頻率了。可是，當(dāng)要處理的是一個(gè)恢復(fù)式時(shí)鐘時(shí)，便必須稍為將它舍掉一下，因?yàn)橄辔辉肼暱呻S著多跳的數(shù)量和數(shù)據(jù)而變化。
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實(shí)現(xiàn)方法
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??? 為了展示所有這些技術(shù)，我們采用三個(gè)中繼段和 SCAN25100 串行/解串器，而最后一步便是用 LMK03001C 時(shí)鐘調(diào)節(jié)器來凈化時(shí)鐘。從圖1可見，三個(gè)中繼段架構(gòu)的最佳環(huán)路帶寬是大約 7.2 kHz?？墒牵灰浳覀冎皇请S意地選用了三個(gè)中繼段，現(xiàn)實(shí)中可能有更多的中繼段會(huì)被使用。
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??? 基于這個(gè)原因，一個(gè)較狹窄的 4 kHz 環(huán)路帶寬會(huì)被選用，以確保這方案同時(shí)適用于設(shè)有更多中繼段的情況。
??? 注意在圖 3 中，恢復(fù)過來的時(shí)鐘含有較低的抖動(dòng)。假如采用上下限 100 Hz 至5 MHz 的積分計(jì)算，那恢復(fù)時(shí)鐘的抖動(dòng)便為 5.3 ps，而經(jīng)凈化后的恢復(fù)時(shí)鐘之抖動(dòng)則進(jìn)一步下降至 1.4 ps。
??? 注意在 100 Hz 至大約 8 kHz 的范圍內(nèi)，時(shí)鐘調(diào)節(jié)器只實(shí)際上加入了少許的相位噪聲，而大部份都是來自 VCO，假如這點(diǎn)最受關(guān)注，那便應(yīng)增加環(huán)路的帶寬。事實(shí)上，這個(gè)設(shè)計(jì)亦采納了較寬的環(huán)路帶寬來完成，使抖動(dòng)被減少到大約 900 fs。
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結(jié)論
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??? 毫無疑問，SCAN25100 和 LMK03001C 系列是傳送和恢復(fù)數(shù)據(jù)的最佳選擇。在多重中繼段的架構(gòu)中，SCAN25100 擁有一個(gè)內(nèi)置的參考時(shí)鐘，因此除了在第一級(jí)用來串行數(shù)據(jù)之外，其它都不需再使用任何的參考時(shí)鐘。
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??? LMK03001C 是凈化時(shí)鐘的首選，原因是它在較高的偏移頻率下?lián)碛凶罴训南辔辉肼曅阅堋．?dāng)增加中繼段的數(shù)量時(shí)，SCAN25100 的參考時(shí)鐘噪聲會(huì)因較高的相位噪聲偏移頻率而惡化，因此為每一個(gè)中繼段進(jìn)行濾波，相對(duì)于只在最后一個(gè)中繼段進(jìn)行，只是對(duì)抖動(dòng)凈化起了些微的幫助，原因是這些噪聲將會(huì)在最后一個(gè)中繼段被過濾?？v使如此，假如這個(gè)恢復(fù)過來的時(shí)鐘會(huì)用在每一個(gè)中繼段上時(shí)，那為每一個(gè)中繼段進(jìn)行濾波便合乎情理了。
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??? 假如基于的是系統(tǒng)原因而非為數(shù)據(jù)時(shí)鐘問題的話、那可考慮采用 LMK02000 時(shí)鐘調(diào)節(jié)器，它可容許用戶提供一個(gè) VCXO 以獲得一個(gè)與載波相近的更佳相位噪聲性