深入浅出了解时钟恢复

CLOCK DATA  RECOVERYy3Dednc

深入浅出了解y3Dednc

时钟恢复y3Dednc

您是否碰到过经过被测件后输出和源触发不同步的情况？y3Dednc

基本概念y3Dednc

现行的高速串行总线协议中，通常都在数据中包含了时钟信号，而不再需要一根独立的时钟信号和数据并行传输，图 1中能够看到HDMI和JESD204B和传统接口的一些区别，都是将随路时钟取消了。为了在接收端能够正确对数据进行采样，需要从嵌入在数据中的时钟信号提取出来，即是时钟恢复。y3Dednc

图 1 HDMI和JESD204B的引脚定义y3Dednc

从图2中可以看出在不同的采样时刻对数据进行取样判决的结果可能会有非常大的区别，那么在没有随路时钟的情况下，在何时刻对数据进行取样判决，能否在每个周期的相同时刻对数据进行取样判决都成了至关重要的因素，会直接影响传输结果。y3Dednc

图 2 采样时刻示意图y3Dednc

一个简单的时钟恢复电路如图 3所示，它能够从接收到的NRZ/PAM4信号中提取出数据序列，并恢复出与数据序列相对应的时钟信号，恢复出的时钟信号可以作为基准源提供给采样示波器、误码仪或者其他接收机使用，用于和输入数据进行同步。y3Dednc

图 3 时钟恢复示意图y3Dednc

组成原理y3Dednc

目前实现时钟恢复的架构如表 1所示，主要有：锁相环技术、延迟锁相环技术、相位插值技术、过采样技术、注入锁定技术、门振荡器技术等。注入锁定和门振荡器电路反应速度比较快，目前常应用于突发模式通信中，如：FTTH、ATM、EPON、GPON、LANs等。锁相环、延迟锁相环、相位插值等电路适用于连续模式通信，如：SONET、Fiber Channel、Gigabit Ethernet中。过采样电路则两者都适用。在时钟恢复单元表中通常采用锁相环技术实现对时钟的提取。y3Dednc

锁相环方式时钟恢复原理框图如图 4所示，具有相位锁定环路和频率锁定环路，频率锁定环路产生粗调频率锁定范围，相位锁定环路产生细调频率锁定范围。频率锁定环路将压控振荡器2输出进行分频后给到鉴频鉴相器，使得可以通过较低的参考输入频率就能够产生较高的输出频率，使压控振荡器2输出频率为N×参考输入频率。同时频率锁定环路的控制电压可以给到压控振荡器1，使压控振荡器1的振荡频率接近或等于目标锁定频率上，相位跟踪环路中的鉴相器可以将压控振荡器1输出精确调整至和数据输入相同的速率，其中低通滤波器的截止频率决定了锁相环的环路带宽。y3Dednc

环路带宽越窄，恢复出的时钟信号抖动越小；反之，环路带宽越宽，恢复出的时钟信号抖动越大。将恢复出的时钟信号作为采样示波器的触发信号时，对于同样抖动的输入数据信号来说，时钟信号抖动越小，测量到的数据抖动越大，时钟信号抖动越大，测量到的数据抖动越小。由于时钟中的抖动和数据中的抖动是同源的，因此以时钟作为基准对数据采样时，保持相同的抖动速率和幅度，反而对于采样结果更加稳定！这也是为什么标准协议需要定义眼图测试时，时钟恢复单元的环路带宽，否则测量到的结果可能是不真实的。y3Dednc

如图 6所示，对于同一个含有抖动的信号进行眼图测试，左侧为环路带宽大于抖动频率时眼图测试结果，右侧为环路带宽小于抖动频率时眼图测试结果。由此可见，当时钟恢复环路带宽设置不恰当时，可能带来错误的测试结论！y3Dednc