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隨著(zhù)數據速率的提升，參考時(shí)鐘需求也在不斷提高。本文將重點(diǎn)介紹參考時(shí)鐘需求。 PCIe 參考時(shí)鐘 (RefClk) 規范可針對 3 種不同架構定義，分別是：數據時(shí)鐘、獨立 RefClk 以及通用 RefClk。每個(gè)架構都具有特定的濾波器函數。在接收器時(shí)鐘數據恢復輸入端出現的有效抖動(dòng)是接收器及發(fā)送器 PLL 帶寬與 RefClk 抖動(dòng)頻譜所涉及峰值之差的函數。此外，它還取決于 RefClk 架構。 在獨立 RefClk 架構中，發(fā)送器 (TX) 與接收器 (RX) 都可接收獨立的 RefClk。這會(huì )導致嚴格的抖動(dòng)需求，而且不能應用擴展頻譜時(shí)鐘 (SSC)。 在數據時(shí)鐘架構中，單個(gè) RefClk 可連接至發(fā)送器，而接收器則使用來(lái)自數據流的嵌入式時(shí)鐘信號。時(shí)鐘數據恢復 (CDR) 電路可提取數據流中的時(shí)鐘。它最大限度地緩解了抖動(dòng)要求，而且也可應用 SSC。但是，這是一種相對較新的標準，很多器件都不支持。 最佳備選標準（也是最常用的標準）是通用 RefClk 架構。它不僅可向發(fā)送器與接收器提供相同的 RefClk，而且還支持可減少電磁干擾 (EMI) 的 SSC，其實(shí)施非常便捷。這種架構的缺點(diǎn)是 RefClk 需要滿(mǎn)足不足 12ns 的偏移需求。下列是通用 RefClk 架構及其應用實(shí)例。 表 2：應用濾波器函數后的通用 RefClk 抖動(dòng)規范 
服務(wù)器卡等通用 PCIe 應用包含幾個(gè)構建塊。系統的核心是根聯(lián)合體，其代表 I/O 系統的根。根聯(lián)合體連接 CPU 和存儲器，可能具有多個(gè) PCIe 端口。此外，它還包含開(kāi)關(guān)和 PCIe 端點(diǎn)（例如顯卡）。I/O 系統的所有組件都要符合發(fā)送器／接收器與 RefClk 的抖動(dòng)要求。如果所有構建塊都兼容于第 3 代 PCIe，那么都要達到 1ps rms 的 RefClk 要求（圖 1）。
圖 1：解決方案 1：支持第 3 代 PCIe 通用 RefClk 抖動(dòng)限制的服務(wù)器卡實(shí)例 圖 1 所示系統可使用一個(gè) 7 輸出時(shí)鐘生成器實(shí)現。這種實(shí)施方案最終可能需要一個(gè)以上基于時(shí)鐘生成器的時(shí)鐘樹(shù)解決方案，因為還需要生成其它系統時(shí)鐘。系統時(shí)鐘生成器可為千兆位以太網(wǎng)器件、SATA 控制器、DDR 時(shí)鐘等生成參考時(shí)鐘。在圖 2 中，RefClk 生成器由時(shí)鐘緩沖器取代。這不僅可簡(jiǎn)化時(shí)鐘樹(shù)，而且還可提供成本更低、空間更優(yōu)化的解決方案。 表 3：解決方案 1 與解決方案 2 以及空間與成本的對比
圖 2：解決方案 2：使用 LMK00338 等 RefClk 緩沖器的服務(wù)器卡實(shí)例容 在使用緩沖器分配 RefClk 時(shí)，需要考慮緩沖器引起的附加抖動(dòng)。附加抖動(dòng)的定義是器件本身對輸入信號產(chǎn)生的額外抖動(dòng)量，計算方法是：
假設噪聲過(guò)程是隨機的，而且輸入噪聲與輸出噪聲無(wú)關(guān)。緩沖器的抖動(dòng)輸出可通過(guò)該公式計算：
LMK00338 是一款超低附加抖動(dòng) PCIe 時(shí)鐘緩沖器。對于第 3 代 PCIe 應用而言，一般具有 30fs rms 的附加抖動(dòng)。表 3 是應用不同 PCIe 濾波器函數時(shí)的附加抖動(dòng)性能。 表 4：LMK00338 的附加抖動(dòng)性能
CDCM6208 等第 3 代 PCIe 高性能時(shí)鐘生成器可提供具有 160.66fs rms 抖動(dòng)（2MHz 至 5MHz 濾波器）的 RefClk。如果對該時(shí)鐘進(jìn)行分配，LMK00338 會(huì )向 RefClk 信號增加 25fs rms 的抖動(dòng)。使用以上計算公式計算出的輸出抖動(dòng)僅為 162.54 fs rms（表 5）。在最壞的情況下，RefClk 生成器可能具有 999fs rms 的抖動(dòng)，使用 LMK00338 不會(huì )超出第 3 代 PCIe 的抖動(dòng)限值。 表 5 是未應用 PCIe 濾波器函數時(shí) LMK00338 的附加抖動(dòng)性能。由于具有 77 fs rms 的低附加抖動(dòng)（集成帶寬：12kHz 至 20MHz），因此該緩沖器適用于大部分使用 HCSL 信號傳輸技術(shù)的高性能時(shí)鐘應用。另外還提供更小的 4 輸出版本。 表 5：低抖動(dòng) RefClk 源 (CDCM6208) 驅動(dòng)的時(shí)鐘緩沖器的效果。
多個(gè)服務(wù)器卡中存在的共同問(wèn)題是電源噪聲問(wèn)題。噪聲可能來(lái)自多個(gè)噪聲源，首先是開(kāi)關(guān)電源，以及 CPU、ASIC 或 FPGA 等數字電路。電源旁路將幫助過(guò)濾掉其中一部分噪聲，而剩下的噪聲則將影響器件性能。在剩余噪聲影響時(shí)鐘分配器件電源時(shí)，會(huì )導致窄帶相位調制以及時(shí)鐘輸出的幅度調制。 在 100kHz 至 10MHz 的噪聲頻率范圍內，LMK00338 可在 100MHz 輸出頻率下表現出低于 -75dBc 的優(yōu)異電源紋波抑制 (PSRR) 特性。這種噪聲抗擾度將幫助簡(jiǎn)化電源旁路，是 LMK00338 的另一大重要優(yōu)勢。 以上分析表明，只要 RefClk 生成器符合抖動(dòng)要求，就可以放心大膽地在通用 RefClk 系統中使用超低附加抖動(dòng)時(shí)鐘緩沖器。 此外，LMK00338 的通用輸入級不僅可接收任何差分或單端信號，而且還可將其轉換為 8 HCSL 輸出。對于第 4 代 PCIe 而言，最大 RefClk 抖動(dòng)可假定為遠遠小于 1ps rms。因此，支持緩沖的通用 RefClk 架構將更適合更嚴格的較新 PCIe 標準。 |
