Часы и восстановление данных в системе SerDes

Высокоскоростные аналоговые системы SerDes используют часы и восстановление данных (CDR) схема, чтобы извлечь соответствующее время, чтобы правильно произвести входящую форму волны. Схема CDR создает сигнал часов, который выравнивается к фазе и в некоторой степени частоте переданного сигнала. Отслеживание фазы (CDR первого порядка) обычно выполняется при помощи нелинейного скорострельного оружия или детектора фазы Александра, который управляет управляемым напряжением генератором (VCO). Отслеживание частоты (CDR второго порядка) интегрирует любые остающиеся ошибки фазы и компенсирует грубые различия между часами ссылки передатчика и часами ссылки приемника. serdes.CDR и serdes.DFECDR используйте алгоритм CDR первого порядка.

Детектор фазы

Детектор фазы Александра или скорострельного оружия производит принятую форму волны в ребре и середина каждого символа. Выборка ребра _(en) и выборки данных (_dn-1 и d_n) обрабатываются с некоторой цифровой логикой, чтобы определить, являются ли выборка ребра, и таким образом фаза часов, ранними или поздними. Выборка ребра, e_n, и выборка данных, d_n, разделяется половиной времени символа.

Рассмотрите форму волны, где переход данных произошел, и и e_n и d_n ниже порогового напряжения решения. Двоичные значения, разрешенные от e_n и соответствия d_n, которое указывает на фазу часов, являются поздними.

Точно так же, когда двоичные значения, разрешенные от e_n и соответствия _dn-1, фаза часов является ранней.

Представляя двоичный выход сэмплера ±1, поведение детектора фазы для NRZ или модуляции PAM4 получено в итоге здесь:

_dn-1	e_n	_dN	Действие
−1	−1	1	Фаза часов является ранней. Переключите фазу направо.
1	1	−1	Фаза часов является ранней. Переключите фазу направо.
−1	1	1	Фаза часов является поздней. Переключите фазу налево.
1	−1	−1	Фаза часов является поздней. Переключите фазу налево.
−1	X	−1	Никакое действие не необходимо.
1	X	1	Никакое действие не необходимо.

Для модуляции PAM3 уровни символа являются −0.5, 0, и 0.5. Пороговые уровни по умолчанию (th) ±0.25. Модифицированная таблица истинности таким образом становится:

_dn-1	e_n	_dN	Действие
−0.5	e_n> −th	0	поздно
−0.5	e_n <−th	0	рано
−0.5	e_n> 0	0.5	поздно
−0.5	e_n <0	0.5	рано
0	e_n> th	0.5	поздно
0	e_n <th	0.5	рано
0	e_n> −th	−0.5	рано
0	e_n <−th	−0.5	поздно
0.5	e_n> th	0	рано
0.5	e_n <th	0	поздно
0.5	e_n> 0	−0.5	рано
0.5	e_n <0	−0.5	поздно

Управление VCO непосредственно от детектора фазы вывело результаты в чрезмерном дрожании часов. Чтобы устранить дрожание, выходом детектора фазы является lowpass, отфильтрованный путем накопления его в голосовании. Когда накопленное голосование превышает определенный порог количества, фаза VCO постепенно увеличивается или постепенно уменьшается.

Восстановление сигнала часов

Восстановитесь сигнал часов от повторяющейся псевдослучайной двоичной последовательности (PRBS9) не возвращаются, чтобы обнулить (NRZ) сигнал. Полагайте, что канал имеет потерю на 4 дБ, размер шага фазы $\frac{1}{128}$ , порог подсчета голосов равняется 8, и что нет никакой фазы или ссылочных смещений.

Базовое поведение показывают с глазковой диаграммой и получившейся функцией распределения вероятностей (PDF) часов. PDF очень около центра глаза. Фаза часов обосновывается между значением 0,5703 раз символа и в 0.5781 раза символа. Размывание между этими двумя значениями является последствием нелинейного детектора фазы скорострельного оружия и является источником дрожания поиска CDR. Чтобы уменьшить величину размывания, уменьшайте размер шага фазы. Чтобы уменьшать период размывания, уменьшайте порог подсчета голосов.

Выход детектора фазы накапливается в раннем/позднем подсчете голосов. Когда количество превышает порог подсчета голосов, фаза постепенно увеличивается или постепенно уменьшается. Чтобы ускорить сходимость CDR, порог количества запускается в 2, и каждый раз, когда величина голосов превышает порог, порог постепенно увеличивается, пока это не достигает максимального количества. Этот рисунок показывает первые 350 символов раннего/позднего (синего) количества и порог (подчеркнутая штриховой линией красная линия). Внутренний с блоком CDR, голосование постепенно увеличивается или постепенно уменьшается, проверяется по порогу и затем сбрасывается при необходимости. Внешнее значение голосования, показанное в рисунке ниже, не касается порога, но очевидно, когда голосование сбрасывается к 0.

Чтобы показать часы, сходящиеся различной фазе, измените потерю канала для 2 дБ. Фаза часов теперь адаптируется приблизительно к 0,35 разам символа.

Увеличение порога подсчета голосов к 16 результатам в больший период размывания.

Увеличение размера шага фазы к $\frac{1}{64}$ увеличивает размывающуюся величину.

Вручную сдвиг местоположения сэмплера данных, когда компенсируемый глаз не отображает слева/справа симметрию, может максимизировать высоту глаза. Например, переключите фазу часов направо $\frac{1}{8}$ из времени символа, чтобы переключить выход синхронизируют фазу с 0,57 раз символа до 0,7 раз символа.

Можно также ввести небольшое количество ссылочного ухудшения смещения тактовой частоты, чтобы реализовать более реалистический CDR.

Ссылки

[1] Sonntag, J. L. и Stonick, J. "Архитектура Электронных часов и Восстановления данных для Двоичных Ссылок мультигигабита/с". Журнал IEEE Твердотельных схем, 2006.

[2] Razavi, B. "Проблемы в проекте высокоскоростные часы и схемы восстановления данных". Коммуникационный Журнал IEEE, 2002.

Документация