不管是放到測試設(shè)置中，還是作為被測設(shè)備的一部分，時鐘恢復(fù)都在進行準(zhǔn)確的測試測量時發(fā)揮著重要作用。由于大多數(shù)千兆位通信系統(tǒng)都是同步系統(tǒng)，因此系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)都使用公共時鐘定時。不管是沿著幾英寸的電路板傳送，還是經(jīng)過光纖橫跨大陸，數(shù)據(jù)與其定時輸入的時鐘之間的關(guān)系都可能會被打亂。通過直接從數(shù)據(jù)中提取時鐘，可以在接收機正確實現(xiàn)信號再生。
必須指出的是，接收機通常會改善輸入的數(shù)據(jù)信號，然后再繼續(xù)傳送。接收機中的判定電路對數(shù)據(jù)再定時，使波形變方。這一過程依賴于與輸入數(shù)據(jù)同步的時鐘信號。接收機內(nèi)部的時鐘恢復(fù)功能實現(xiàn)了這一目標(biāo)，前提是再定時時鐘要以相同的方式、相同的時間移動。
基于PLL的時鐘恢復(fù)
可以通過不同架構(gòu)實現(xiàn)時鐘恢復(fù)，測量設(shè)備中最常用的是基于鎖相環(huán)(PLL)的方法。根據(jù)在數(shù)據(jù)中看到的跳變，使用恢復(fù)電路導(dǎo)出與輸入數(shù)據(jù)同步的時鐘，這取決于看到數(shù)據(jù)中的跳變。對擁有多串完全相同位的數(shù)據(jù)段，PLL必須保持鎖定。環(huán)路增益對環(huán)路帶寬的影響最明顯，環(huán)路濾波器內(nèi)部的任何濾波一般都會產(chǎn)生次生效應(yīng)。應(yīng)該指出的是，輸入數(shù)據(jù)的跳變密度會影響進入環(huán)路的能量，進而影響環(huán)路的特性。因此，一致性測試中的環(huán)路帶寬會視選擇的碼型的跳變密度而變化。
系統(tǒng)轉(zhuǎn)函在輸入信號的相位調(diào)制上執(zhí)行低通濾波操作，錯誤響應(yīng)轉(zhuǎn)函則執(zhí)行高通濾波功能。在未能追蹤帶寬以外的相位調(diào)制時，環(huán)路會追蹤環(huán)路帶寬以內(nèi)的輸入相位調(diào)制。這樣，環(huán)路就可以追蹤低頻抖動，而忽略PLL環(huán)路帶寬以外的高頻抖動。
衡量PLL抖動追蹤特性的指標(biāo)之一是環(huán)路帶寬(LBW)，通常在“抖動輸入/抖動輸出”轉(zhuǎn)函為-3dB的點上測得。但這并不是確定環(huán)路的唯一方式。
寬LBW改善了抖動容限，窄LWB則會從被恢復(fù)的時鐘中去掉更多的抖動，這有利于下游的同步器，但會降低抖動容限。盡管寬LBW似乎是理想選擇，但通常還要考慮成本和技術(shù)。寬LBW還會帶來更多的噪聲或隨機抖動。目前測量中使用的LBW一般在1～10MHz的范圍內(nèi)。
時鐘恢復(fù)的輸入和輸出
必須指出測量中是怎樣使用時鐘恢復(fù)的，哪些地方會發(fā)生錯誤。例如，在發(fā)射機測試一側(cè)，要求時鐘恢復(fù)的主要原因通常有兩個：沒有提供作為測試設(shè)備觸發(fā)的時鐘信號，或者標(biāo)準(zhǔn)要求使用特定的LBW進行抖動測量(參見圖1中的a部分)。后一種情況的目的，是用系統(tǒng)接收機(如BERTScope BSA系列)包含時鐘恢復(fù)來追蹤部分輸入抖動，這樣發(fā)射機測試應(yīng)該只涉及接收機沒有追蹤的高頻抖動(參見圖1)。
由此可見，對抖動成分接近時鐘恢復(fù)LBW的被測信號，LBW設(shè)置不正確可能會導(dǎo)致抖動測量不準(zhǔn)確。有時標(biāo)準(zhǔn)會暗示要在測試中使用時鐘恢復(fù)，例如提到“黃金PLL”，或指定要“在使用以20dB/decade將抖動衰減到(比特率/1,667)頻率以下的單極、高通、頻率加權(quán)函數(shù)后”測量抖動。
擴頻時鐘(SSC)把時鐘能量(和數(shù)據(jù))擴散在0.5%的頻段上，降低了頻譜給定頻率上的平均功率。這可以幫助產(chǎn)品滿足放射輻射和傳導(dǎo)輻射的法規(guī)要求。為成功地追蹤SSC，接收機必須能夠追蹤調(diào)制(包括其諧波)，以避免眼圖閉合。如果環(huán)路響應(yīng)未能充分追蹤SSC，或在時鐘和數(shù)據(jù)路徑之間出現(xiàn)錯誤的延遲，那么測試眼圖就會模糊閉合。
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不正確的峰值(即LBW附近區(qū)域，這里的時鐘恢復(fù)設(shè)備抖動輸出可能會大于抖動輸入)可能會放大被測的抖動數(shù)量。此外，測試設(shè)備中相對于輸入數(shù)據(jù)信號的觸發(fā)延遲可能會導(dǎo)致測得的抖動數(shù)量不正確。例如，測量系統(tǒng)中的固定延遲可能會導(dǎo)致測得額外的明顯抖動。增加的抖動幅度取決于相對于延遲量的抖動頻率。
在接收機端，時鐘恢復(fù)可能會出現(xiàn)在被測器件中，也可能作為測試設(shè)備校準(zhǔn)程序的一部分出現(xiàn)。在被測器件中，時鐘恢復(fù)頻頻出現(xiàn)，在測試中通常使用壓力和正弦曲線抖動實現(xiàn)(參見圖1中的b部分)。在正弦曲線抖動中，測試一般使用模板，這會在較低的調(diào)制頻率上應(yīng)用較多的抖動，或在較高頻率上應(yīng)用較少的抖動。
其中的問題包括在接收機中使用設(shè)計不當(dāng)?shù)腖BW，這會導(dǎo)致抖動容限模板失效。追蹤響應(yīng)的斜率不正確可能會使追蹤SSC的準(zhǔn)確性不夠，導(dǎo)致測試眼圖模糊閉合，并產(chǎn)發(fā)生誤碼。
時鐘恢復(fù)被頻繁用于測試設(shè)備設(shè)置及接收機抖動容限或受壓的眼圖信號校準(zhǔn)(參見圖1中的c部分)。正弦曲線抖動通常設(shè)置成頻率高于校準(zhǔn)過程中時鐘恢復(fù)的LBW。但是，LBW不正確可能會導(dǎo)致壓力量設(shè)置錯誤，進而造成被測器件壓力不足或過大，前者會提高客戶拒收的可能性，后者則會影響良率。
從所有這些情況中，很容易得出這樣的結(jié)論，即LBW設(shè)置非常關(guān)鍵，對測量中觀察到的抖動有著明顯影響。改變環(huán)路帶寬可以顯示抖動頻譜。以非常窄的LBW進行測試，可以顯示被測發(fā)射機產(chǎn)生的所有抖動。而使用非常寬的LBW進行測試，則只會顯示發(fā)射機產(chǎn)生的、預(yù)定系統(tǒng)接收機用自己的PLL不能濾掉的抖動。一般來說，一致性測試中會指定后一種時鐘恢復(fù)方式。系統(tǒng)設(shè)計人員主要關(guān)心超出接收機追蹤能力的抖動。
分布式時鐘方案
并不是所有系統(tǒng)都從數(shù)據(jù)流中導(dǎo)出時序。部分系統(tǒng)如PCI Express和全緩沖雙直列內(nèi)存模塊(DIMM)，它們使用發(fā)送到通信鏈路每一端的分布式時鐘來為數(shù)據(jù)定時。發(fā)送端和接收端使用PLL來生成參考時鐘。
一般來說，分布式參考時鐘將有一定數(shù)量的抖動，如來自原始晶體的相位噪聲。它也可能會有SSC。時鐘在每個IC內(nèi)再生，并用來為發(fā)送功能和接收功能提供時鐘。每個PLL將有一個環(huán)路響應(yīng)，如果其作用完全相同，那么一個PLL上的抖動完全可以由另一個PLL追蹤，也就是說，接收機看不到任何凈效應(yīng)。但實際情況往往要更加復(fù)雜。
即使對采用相同設(shè)計、相同制造工藝及相同生產(chǎn)批次制造的器件來說，幾乎也不可能獲得完全相同的環(huán)路響應(yīng)。由于確保IC之間及IC內(nèi)部的路徑長度一樣也很困難，因此在接收機抖動中還會出現(xiàn)同等的觸發(fā)延遲，導(dǎo)致出現(xiàn)更多的抖動。
嵌入式時鐘方案
把時鐘嵌入到數(shù)據(jù)中是保證在接收機準(zhǔn)確恢復(fù)發(fā)射的數(shù)據(jù)流的一種常用方式。但一旦實現(xiàn)，就會產(chǎn)生一個問題，即系統(tǒng)以一種時鐘速率運行，而輸入的碼流會以略微不同的速率運行。必須以某種方式重新為數(shù)據(jù)輸入時鐘，以便與接收端系統(tǒng)相匹配。
在某些結(jié)構(gòu)中，特別是在SONET/SDH中，設(shè)計人員做的一項重要工作是使系統(tǒng)中的所有時鐘盡可能地匹配，這是通過基于全球定位系統(tǒng)(GPS)來分配高度準(zhǔn)確的系統(tǒng)時鐘，或者基于銣(Rubidium)或類似標(biāo)準(zhǔn)來分配本地時鐘而實現(xiàn)的。
其它結(jié)構(gòu)則承受了時鐘速率差異性更大的特點，以此來降低成本和復(fù)雜性。在任何情況下，系統(tǒng)最終都必須處理所有的不匹配，這一般要等到差異超過1個比特或1個幀，然后插入或刪除比特或字符。通常，系統(tǒng)協(xié)議會插入多個字符，稱為填充字，這些字符在接收機上會被舍棄掉。還有的時候，如果需要的話，協(xié)議會允許接收機插入自己的字符，而不會打亂數(shù)據(jù)的含義。
增加或刪除這些字符可能會極大地影響測試。基于協(xié)議的測試設(shè)備通常被設(shè)置成處理插入的或刪除的字符，同時仍能識別底層信息。但是，物理層測試設(shè)備有時更加受限，它要求碼型完全符合沒有變化的已知重復(fù)序列。多出或漏掉碼會導(dǎo)致設(shè)備認(rèn)為發(fā)生了錯誤。
在系統(tǒng)管理基線漂移時也會發(fā)生數(shù)據(jù)碼型變化，即系統(tǒng)會經(jīng)過AC耦合和一長串完全相同的位，導(dǎo)致平均信號電壓漂移，直到發(fā)生誤碼。在這種情況下，協(xié)議方案對于每個有效字符通常有兩個版本，并確定發(fā)送最能有效抗擊任何基線漂移或運行不一致的版本。接收機上的協(xié)議智能完全能夠識別哪種版本是正確，但這也違反了某些測試設(shè)備對碼型不變的要求。
某些測試設(shè)備可以進行參數(shù)測量，而無需重復(fù)碼型。這在檢查物理層問題時非常有效，但不能處理協(xié)議錯誤。此外，還有可能會漏掉清除后作為正確碼重傳的接收機誤碼，盡管這些碼是有問題的。
通過使用環(huán)回測試，發(fā)送到接收機的信號被環(huán)回，成為發(fā)射機的輸出。但數(shù)據(jù)并不總是完全相同，因為時鐘速率匹配錯誤會導(dǎo)致填充字變化，這可能會使測試設(shè)備混亂。在這些情況下，一種解決方案是創(chuàng)建一個測試環(huán)境，其中發(fā)射機時鐘域和接收機時鐘域完全一樣，從而無需進行域速率匹配。許多使用儀器時鐘恢復(fù)的方案可以用測試設(shè)備輸出的準(zhǔn)確速率創(chuàng)建一個時鐘信號，然后再利用這個信號為環(huán)回測試生成一個測試信號。
隨著時鐘恢復(fù)在更多的系統(tǒng)和測試設(shè)置中日益普遍，必須考慮其對測量的影響。許多外部影響可能會打亂數(shù)據(jù)和時鐘源之間的關(guān)系。通過了解這兩者之間的關(guān)系，可以獲得更實用、更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
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