正確輸出時鐘測量所需的基本要件資料下載

作者： Silicon Labs 本篇文章中，我們將針對做出正確輸出時鐘測量所需的基本要件，以及有時可能被忽視的最佳實踐方式進(jìn)行回顧。 熟悉Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）的時鐘IC評估板的人都知道，我們通常運用交流耦合的方式設(shè)計輸入和輸出時鐘，并為差分時鐘信號的每個極性提供單獨的SMA RF連接器。這可以說是最靈活的方法之一，能夠立即將輸出時鐘連接到如頻率計數(shù)器，示波器，相位噪聲分析儀，頻譜分析儀等測試設(shè)備上的單端50Ω輸入。這是因為交流耦合電容可以防止我們在測試設(shè)備輸入上使用直流偏置。 這里我們將提到最佳實踐規(guī)則：在進(jìn)行測量時，差分輸出緩沖器的兩個極性都應(yīng)該被終止，這也包括未測量的極性。但是不這樣做會發(fā)生什么后果呢？這就是本文的主題，半終端差分輸出時鐘的情況。? 相位噪聲測量示例 首先，讓我們在頻域下進(jìn)行工作，并且考慮以下的相位噪聲圖。在屏幕截圖中Si5345評估板的OUT0用于注釋的以下兩種情況。 1、OUT0B連接到50Ω示波器輸入。這是正確（完全）終止的情況。 2、OUT0B連接到1MΩ示波器輸入。這是半終止的情況。 它的輸出格式為2.5V LVDS交流耦合，基于當(dāng)前CBPro樣本計劃的標(biāo)稱頻率設(shè)置為161.1328125 MHz。實際上，該板處于自由運行模式的原因只是為了最小化工作臺設(shè)置。 在第一種情況下，12 kHz至20 MHz RMS相位抖動測得為89.512 fs，結(jié)果曲線保存在內(nèi)存中。在第二種情況下，12 kHz至20 MHz RMS相位抖動增加到124.16 fs。結(jié)果雖然不差但相對增長約為39％，這是一個重大影響。 示波器測量示例 接下來我們將在時域下進(jìn)行工作，并考慮以下的示波器圖。頂部跡線是被指定到通道2的OUT0，被指定到通道3的OUT0B，并且共模（CM）電壓計算為f1。我們注意到，由于我們位于交流耦合電容的遠(yuǎn)端，因此我們不測量直流值，而是測量交流耦合OUT0和OUT0B的平均值所代表的噪聲。（這里的比例差異是為了適應(yīng)半終止的情況，與計算無關(guān)。） 在第一次屏幕捕獲中，兩個示波器輸入都設(shè)置為50Ω。這使得波狀看起來合理，CM噪聲都約為平均值38mVpp。 在第二次屏幕捕獲中，唯一的區(qū)別是將OUT0B的輸入設(shè)置為1MΩ。這一設(shè)置使得現(xiàn)在兩種波狀都更大且扭曲。此外，CM噪聲平均增加到大約344 mVpp，為CM噪聲的一個數(shù)量級增加。 我們也注意到，在這些實驗中，時域測量比頻域測量效果更為顯著。相位噪聲差異甚至可能在自動化測試中被掩蓋。所以對于實驗室工作臺而言，這是一個很好的理由擁有兩種類型的儀器！ 探究根本原因 為什么僅半終止輸出時鐘會產(chǎn)生這樣的影響？我們不需要知道緩沖區(qū)設(shè)計的所有細(xì)節(jié)，簡化模型將提供一些見解。請看下圖。 左側(cè)盒中的組件是IC的內(nèi)部組件，它說明了CML或電流模式邏輯驅(qū)動器的簡化模型可以與多種擺動格式兼容。交流耦合電容通常位于EVB上，此處所示的負(fù)載電阻R通常為50Ω，與測試設(shè)備相同。傳輸線并未說明電阻大小，但PCB走線和同軸電纜都可以假定為標(biāo)稱50Ω。（交流耦合負(fù)載終端也可視為CLKP和CLKN之間的100Ω差分，其中中心抽頭CM電壓為GND。） 一些特性值得注意： 1、電流源Ibias不斷下沉。首先，基于輸入信號，當(dāng)電流完全導(dǎo)通時，它通過輸入NMOS晶體管之一進(jìn)行切換。 2、內(nèi)部終端電阻Rint通常為~R或2 * R以節(jié)省電流。 3、共模電壓Vcm在2個電阻器Rcm的中心點被感測。這些電阻的值通常為>> R，例如約為kΩ。 4、運算放大器驅(qū)動Bias網(wǎng)絡(luò)，使檢測到的Vcm等于Vref。 5、每個輸出電壓擺幅基于Vsupply減去隨著電流變化的電壓下降擺動的Rint。 驅(qū)動器為對稱設(shè)計，適用于特定的直流偏置超過預(yù)期的終止操作。直流耦合負(fù)載需要具有恰好等于Vcm的公共電壓，從而不影響預(yù)期的偏置。這就是為什么我們需要將交流耦合用于儀器負(fù)載。 然而，即使我們是交流耦合，如果沒有對稱負(fù)載，那么驅(qū)動器也將是不平衡的，結(jié)果只能是輸出共模電壓Vcm將被調(diào)制，最終可能影響偏置和操作。在這種特殊情況下，CM反饋電路顯然無法跟上。測量的終止半電路的性能因未終止的半電路操作而降低。 串?dāng)_ 半終止差分輸出甚至可以以微妙的方式影響相鄰輸出驅(qū)動器的性能。在這個實驗中，我們繼續(xù)像以前一樣使用Si5345 EVB。下面的相位噪聲曲線因為OUT0被設(shè)定為標(biāo)稱161.1328125MHz，這與OUT0B之前的一樣。相鄰?fù)ǖ繭UT1 /OUT1B被設(shè)定為標(biāo)稱值的2倍或322.265625 MHz。兩種極性為完全終止情況。 12 kHz至20 MHz的相位抖動在5次掃描中平均測得94.32 fs。最后用dBc描繪出支線，這樣可以讓我們看到細(xì)節(jié)之處。 這些在儀器支線列表中被識別為140.374 kHz，-104.874 dBc和4.90 MHz，-108.235 dBc。這些結(jié)果沒有明顯的數(shù)學(xué)關(guān)系，只是顯示出面板和配置的一致性。對于無線應(yīng)用，我們對每個支線感興趣的原因是我們至少可以將這些歸因于相鄰信道的不完全終止。 終止選項 我們的評估板和類似的應(yīng)用板有許多終端選項，具體取決于您的工作臺上可用的內(nèi)容。這些包括： 1、差分限幅放大器或平衡 - 不平衡變換器將差分時鐘轉(zhuǎn)換為單端時鐘。 2、將每個極性連接到50Ω儀器輸入。 3、使用SMA 50 RF負(fù)載終端終止每個未測量的極性。 如果有人試圖在12輸出評估板上進(jìn)行仔細(xì)測量，可能需要24 - 1或23個SMA終端。這是一個相當(dāng)大的數(shù)字。那么該怎么辦？ 有一種方法是確定終止測量時鐘的最近通道輸出時鐘。這一做法減少了相當(dāng)多的數(shù)量。另一種是使用RF焊盤或衰減器，如下一節(jié)所述。 實驗室應(yīng)急終端衰減器 在我們的實驗室中，我們有許多多通道時鐘EVB，在測試過程中這些時鐘會消耗大量的終端。如果我們很多人同時在實驗室工作，我們不能總是按照我們想要的方式終止每個時鐘。因此，另一種方法便是使用高值RF墊或衰減器作為實驗室應(yīng)急終端。 商業(yè)可用衰減器是由3電阻網(wǎng)絡(luò)組成的PI衰減器。這是因為電阻網(wǎng)絡(luò)類似希臘字母“pi”。第一個電阻R1分流到GND，接著是R2串聯(lián)，然后是另一個R1分流到GND。