傳輸延遲和抖動測量的製作方法

2023-06-10 16:08:16 1

專利名稱：傳輸延遲和抖動測量的製作方法
技術領域：
本發明涉及定時測量，並且更特別地涉及時鐘驅動系統中的傳輸延遲和抖動測量。
背景技術：
在時鐘驅動系統中，參考時鐘經過不同的路徑傳播，這些路徑的布局引入參考時鐘的不同延遲。沿著這些路徑的某些電路，比如時鐘數據恢復(CDR)電路引入了附加的延遲。用於以每秒多千兆比特發送數據的高速晶片組呈現出許多信號完整性挑戰。儘管高速底板看上去就像印刷電路(PC)板，但實際上可看作為通信系統。傳播到底板不同部分的參考時鐘經歷了不同的傳輸延遲。系統設計需要考慮該傳輸延遲以便使系統性能滿足要求，比如對抖動的限制。
對於高速串行數據標準，比如外圍部件接口(PCI)Express和全緩衝雙線內存模組(FB-DIMM)標準，物理層如圖1所描述的那樣。參考或系統時鐘通過驅動發射器(TX)和接收器(RX)中的鎖相環(PLL)來驅動它們。PLL具有看作為抖動傳送延遲的傳輸延遲。通常，PLL特性具有隨頻率而變的抖動傳送延遲。在工作頻率範圍中，群延遲被用來表示傳送延遲。PLL的傳輸延遲可通過頻譜分析來測量。包括微波傳輸帶和微波帶狀線的傳輸線也具有使用時域傳輸(TDT)或矢量網絡分析器(VNA)所測量的傳輸延遲。對於圖1所示的系統，如果由部件廠家提供每個部件的傳輸延遲，那麼通過將每個部件，比如PLL和傳輸線的傳輸延遲求和來獲得整個傳輸延遲。但是，即使並非不可能，使用當前可用的技術(頻譜分析、TDT、VNA)來直接測量傳輸延遲也是十分困難的。
所想要的是一種用於測量高速印刷電路板上傳輸延遲和抖動的直接方法。

發明內容
由此，本發明提供了一種用實時示波器利用互相關來測量傳輸延遲和抖動的方法。在測試中從系統中的兩個測試點獲取波形。在兩個波形上運行時鐘恢復以獲得各自的速率和偏移量。根據各自的偏移量計算兩個波形之間的時間偏差。濾波來自兩個測試點的抖動，並且根據濾波的抖動計算除均值(mean-removed)互相關係數。基於LMS誤差利用內插來計算分數延遲，並且各自的計算分量被求和以計算兩個測試點之間的傳輸延遲。傳輸延遲可接著用於通過將一個信號與另一個信號進行邊緣比較來提供「理想化的」參考時鐘，以便確定抖動。
當結合所附權利要求和附圖閱讀隨後的詳細描述時，可從中清楚得知本發明的目的、優點和其它新穎特徵。


圖1是高速傳輸系統的典型物理層的方框圖，指明根據本發明的傳輸延遲和抖動測量的測試點。
圖2是根據本發明的傳輸延遲測量過程的流程圖。
圖3是來自與圖1對應的PCI-Express系統的時鐘和數據波形的曲線圖。
圖4是根據本發明的濾波的抖動之間的互相關的曲線圖。
圖5是根據本發明通過內插計算延遲的曲線圖。
具體實施例方式
再次參考圖1，參考或系統時鐘12通過各自的傳輸線「通道T」18和「通道R」20連結到發射器14和接收器16。發射器14內側的PLL22將參考時鐘與用於驅動數據比特序列的數據率相乘。來自發射器14的數據通過傳輸線「數據通道」24傳播到接收器16。從「tp.1」到「tp.4」的路徑包括兩個通道18，24和PLL22。這三個部件都具有低通濾波特性。因此，在「tp.1」和在「tp.4」測量的低頻抖動相互關聯。當兩個信號相互關聯時，這兩個信號之間的延遲是得到兩個信號峰值之間互相關係數的值。當互相關係數達到峰值時，延遲值對於最小均方(LMS)誤差來說是最優的。在「tp.1」和「tp.4」之間通過計算兩點處低頻抖動分量之間的互相關係數來測量傳輸延遲Td_1.4。該互相關方法只提供針對一個單位時間間隔(UI)的解。更精確的解可通過內插而獲得，以實現對於LMS誤差的最優值。
在圖2中示出測量傳輸延遲和抖動的過程。
●步驟1使用適當的儀器，比如實時示波器在兩個測試點處獲取波形。示波器通道需要是抗扭斜的，並且當使用探針時以抗扭斜的方式來包括它們。
●步驟2在一個波形，即「tp.1」上運行恆定時鐘恢復(CCR)，以得到時鐘頻率和偏移量，T_CCR_Offset_tp.1。接著乘上時鐘頻率以得到數據率。例如，PCI-Express標準的乘法因子可以是25。
●步驟3利用數據率在另一個波形，即「tp.4」的數據波形上運行CCR，以獲得偏移量T_CCR_Offset_tp.4。該算法確保步驟2和3中的數據率精確相同——在步驟2中發現的比特率(按照需要被相乘以轉換成數據率)用於步驟3中數據的比特率。
●步驟4根據兩個波形計算恢復時鐘之間的時間偏差T_CCR_Offset＝T_CCR_Offset_tp.4-T_CCR_Offset_tp.1以UI來表示。
●步驟5濾波來自兩個測試點的抖動。按需要乘上時鐘頻率並且按濾波的需要內插數據抖動。濾波可以任何的形式，取決於在兩個點處的信號之間什麼抖動內容是共有的。在該例子中，低頻抖動在兩個點之間是共有的，因此使用低通濾波器。對於PCI-Express標準，截止頻率可以設置為2MHz。
●步驟6計算來自兩點的濾波抖動之間的除均值互相關係數。找到產生互相關係數最大值的最大延遲T_XCOR_Delay(以UI表示)。當進行互相關計算時，需要規定延遲的範圍，這是很容易確定的。
●步驟7基於LMS誤差方法，使用內插來計算分數延遲T_INTERP_Delay，以獲得精確於一個UI的解。
●步驟8通過對以上獲得的分量求和來計算傳輸延遲Td＝T_CCR_Offset+T_XCOR_Delay+T_INTERP_Delay結果用UI來表示，其可被轉換成秒，因為UI的持續時間是已知的。
上述基於互相關的傳輸延遲方法可應用於測量傳輸延遲或系統中任意兩點之間的延遲差。例如，可直接測量「tp.4」和「tp.5」之間傳輸延遲的差。在兩點處的信號可以是時鐘或數據信號，即從「tp.1」到「tp.5」是從時鐘到時鐘，並且從「tp.3」到「tp.4」是從數據到數據。為了得到高精確度的測量結果，信噪比(SNR)應當足夠高，這在該例子中是真的，因為低頻抖動分量通常是在高速數據傳輸系統中的信號。例如，擴頻時鐘(SSC)廣泛地用於參考時鐘並且具有大的低頻抖動。
在將時鐘和數據作為輸入的時鐘數據恢復(CDR)系統中，比如在接收器16中將來自PLL28的數據和參考時鐘輸出作為輸入的CDR26中，PLL是時鐘乘法器並具有低通來自輸入參考時鐘的抖動的特性。CDR26算出其恢復時鐘和數據之間的最優延遲，由此確定數據緩衝器大小。可應用為傳輸延遲計算而描述的互相關過程，以找到數據和恢復時鐘之間的最優延遲。
如圖2所示那樣獲得最優延遲之後，數據交叉邊沿和恢復時鐘交叉邊沿之間的綁定可通過根據參考時鐘波形利用PLL生成恢復時鐘邊沿來確定(步驟9)。利用最優延遲Td(步驟10)調整時鐘邊沿以產生「理想的」時鐘邊沿。同樣，直接計算抖動測量(步驟11)作為數據邊沿交叉時間和「理想」時鐘邊沿交叉時間之間的差。
作為一個例子，時鐘和數據波形如圖3所示用於PCI-Express系統。來自傳輸延遲測量過程的中間和最終結果是T_CCR_Offset＝-24.416(UI)T_XCOR_Delay＝28(UI)T_INTERP_Delay＝-0.0007(UI)Td＝3.5769(UI)或1.4308(ns)數據率是PCI-Express系統中參考時鐘輸率的25倍，並且第一中間結果T_CCR_Offset大約為-24UI，這意味著第一恢復數據邊沿在第一恢復時鐘邊沿之前大約24UI。這與從圖3的觀察一致。
從圖4所示的互相關曲線中獲得第二中間結果T_XCORR_Delay。第三中間結果的分數值T_INTERP_Delay提供更精確的解。最終結果Td是傳輸延遲。
在步驟6中，計算兩個信號之間的互相關。當假設兩個信號下x(n)和y(n)，n＝1，2，…，N相互關聯，存在最優整數延遲k，使得信號x(n)和延遲信號y(n+k)具有最小的差。差的良好標準是平方差或誤差。由於N是恆定的數，所以對均方誤差的最小化與最小化平方誤差是一樣的。因此，LMS誤差的延遲的解與最小均方誤差的解在這裡是相同的。
minkJ(k)＝mink{∑n(x(n)-y(n+k))2}＝∑nx(n)2+∑ny(n)2-2maxk{∑n(x(n)*y(n+k))}＝‖x‖2+‖y‖2-2‖x‖‖y‖maxkr(k)其中r(k)是互相關係數，‖x‖和‖y‖是x(n)和y(n)，n＝1，2，…，N的2-範數。當x(n)和y(n)被規範化時，‖x‖和‖y‖都等於1。由於‖x‖和‖y‖是恆定的，所以使互相關係數最大的特定k也在同時使平方誤差最小。
步驟7利用內插計算分數延遲，如圖5所示，其中x(n)和z(n)被相互關聯。在信號x(n)和移位信號z(n+p)之間存在給出最小誤差的最優分數延遲，其中p是具有UI單位的分數，並且z(n+p)是z(n)和z(n+1)之間的內插值z(n+p)＝(1-p)*z(n)+p*z(n+1)當N為恆定時，良好的最優化標準是平方誤差，或等同地是均方誤差。
minpJ(p)＝minp{∑n(x(n)-z(n+p))2}＝minp{∑n(x(n)-z(n)-(z(n+1)-z(n))*p)2}該優化問題的解通過對變量p求偏導數來獲得p＝{∑n(x(n)-z(n))*(z(n+1)-z(n))}/{∑n(z(n+1)-z(n))2}因此本發明提供了一種有效利用實時示波器的傳輸延遲和抖動測量的方法，該方法基於互相關。
權利要求
1.一種測量方法，包括步驟在測試中在系統的兩個測試點獲取波形；在兩個波形上運行恆定時鐘恢復以獲得各自的偏移量值；計算各自偏移量值之間的時間偏差；濾波來自兩個測試點的抖動；計算來自兩個測試點的所濾波抖動之間的除均值互相關係數；和通過對時間偏差和除均值互相關係數求和來計算傳輸延遲。
2.如權利要求1所示的方法，還包括步驟計算分數延遲以便與傳輸延遲計算步驟中的時間偏差和除均值互相關係數求和。
3.如權利要求2所示的方法，其中分數延遲計算步驟包括基於最小均方誤差方法使用內插的步驟。
4.如權利要求1所示的方法，其中運行步驟包括步驟獲得來自一個波形的參考時鐘頻率；並且將該參考時鐘頻率與一常數相乘以獲得數據率，該數據率用於另一波形的運行步驟。
5.如權利要求4所示的方法，還包括步驟確定來自一個波形的參考時鐘邊沿；將該參考時鐘邊沿延遲所述的傳輸延遲，以獲得「理想」時鐘邊沿；確定另一個波形的數據轉換邊沿；並且根據所述「理想」時鐘邊沿和所述數據轉換邊沿來計算抖動。
全文摘要
一種用實時示波器利用互相關來測量傳輸延遲和抖動的方法在測試中從系統中的兩個測試點獲取波形。在兩個波形上運行時鐘恢復以獲得各自的速率和偏移量。計算兩個波形之間的時間偏差。濾波來自兩個測試點的抖動，並且根據濾波的抖動計算除均值互相關係數。基於LMS誤差利用內插來計算分數延遲，並且各自的計算分量被求和以計算兩個測試點之間的傳輸延遲。傳輸延遲可用於通過將一個波形的時鐘邊沿與另一個波形的數據轉換邊沿進行比較來調整時鐘邊沿，以便測量抖動。
文檔編號G01R29/00GK1975688SQ20061016317
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月29日 優先權日2005年11月29日
發明者談侃, J·C·卡爾芬, K·塞普 申請人:特克特朗尼克公司