Современная электроника №4/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 47 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2019 Рис. 1. Классификация компонентов джиттера Рис. 2. Влияние порога переключения на изменение битового интервала Рис. 3. Асимметрия фронтов и спадов в цифровом сигнале Случайная составляющая джиттера определяется такимифизическими про- цессами, как дробовой шум, тепловые колебания атомов и фликер, который описывает колебания токов и напряже- ний, вызванных нежелательными воз- действиями со стороны любых посто- ронних по отношениюк интегральным компонентам и линиям передачи фак- торов (кроме тех, которые определяют детерминированный джиттер). Случай- ный джиттер может быть описан нор- мальным законом распределения, и его невозможно прогнозировать. Детерминированный джиттер (ДД) может быть учтён при тщательном поиске его причин и точной оценке его характеристик. Для упрощения решения этой задачи введена следующая класси- фикация источников детерминирован- ного джиттера (см. рис. 1): ДД включает в себя периодический, датазависимый джиттер, а также компоненту, вызван- ную перекрёстными помехами. При этом в уровень датазависимого джиттера вносят вклад искажения длительности цикла передачи бит (битового интерва- ла) и межсимвольные искажения. Искажение длительностицикла явля- ется результатом любых изменений в значении времени, отведённого для логических состояний в переменной последовательностибит. Этоможет быть следствиемкак варьирования длительно- сти фронтов и спадов, так и изменения порогов смены логического состояния. Межсимвольные искажения определя- ются влиянием на временно ′ е положе- ниефронтов и спадов ранее переданных бит. Такимобразом, искажения длитель- ностифронта имежсимвольные искаже- ния являютсяфункциямиисториипере- дачииобработкипредыдущих бит. Вви- ду того что датазависимая компонента вносит значительный вклад в суммар- ный джиттер, её составляющие следует рассмотреть несколько подробнее. Искажение длительности цикла имеет две основные причины. Первая из них состоит в смещении порога переключе- ния передатчика, например выходного буфера микросхемы, от его идеального уровня. Пунктирная линия на рисунке 2 показывает идеальное значение поро- гового уровня, равное 50% от размаха напряжения, что соответствует одина- ковой длительности передачи нулевых и единичных бит. Штрихпунктирная линия соответствует положительному сдвигу порога переключения, в резуль- тате чего длительность цикла при пере- даче единичных бит становится мень- ше, чем при передаче нулевых бит, как это показано на рисунке. При этом само значение порогового уровня не явля- ется постоянным: оно зависит в пер- вую очередь от постоянства напряже- ния электропитания и температуры [5]. В свою очередь, стабильность, или, как сейчас принято говорить, целостность напряжения электропитания, зависит от предпринятых мер по локализации сквозных токов, протекающих в выход- ных каскадах интегральных компонен- тов, и от параметров топологии печат- ного узла, т.е. от индуктивности и ёмко- сти монтажа. Этот пример показывает, в чём состоит сложность расчётного способа оценки детерминированно- го джиттера: модель получается слиш- ком сложной, для её построения обыч- но недостаточно исходных данных, и потому она не обладает необходимой точностью. Ещё одной причиной искажения длительности цикла является асимме- трия фронтов и спадов цифровых сиг- налов. Трапециевидная форма сигна- лов, показанная на рисунке 2, соответ- ствует идеальному случаю, а фронты и спады часто имеют экспоненциаль- нуюформу. Если скорость спада мень- ше, чем скорость нарастания фронта, то длительность передачи логической единицы будет больше, чем для логиче- ского нуля. На рисунке 3, иллюстрирую- щем такую ситуацию, T 0 и T 1 –длитель- ности битовых интервалов для логиче- ского нуля и единицы соответственно. Введённое ранее понятие длительно- сти цикла относится к последователь- ной передаче единичного и нулевого бита и имеет одноимённую характе- ристику, показывающую, какую долю времени занимает передача единично- го бита. В представленном на рисунке 2 Джиттер Случайный джиттер Периодический джиттер Джиттер от перекрёстных помех Детерминированный джиттер Датазависимый джиттер Искажения длительности цикла Межсимвольные искажения Сигнал на выходе микросхемы (реальный случай) Сигнал на выходе микросхемы (идеальный случай) Сигнал на входе выходного каскада микросхемы Тактирование Смещённое положение порогового уровня Идеальное положение порогового уровня Т 1 Идеальное положение порогового уровня Т 0