Современная электроника №4/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2019 примере длительность цикла составля- ет менее 50%, а на рисунке 3 – более 50% ( T 1 / T 0 >1). Особуюроль в формировании датаза- висимого джиттера в виде межсимволь- ных искажений играет дисперсия, про- являющаяся в частотной зависимости скорости распространения сигналов в линиях передачи. В быстродействую- щих ЦУ используются сигналы со спек- тром, который простирается до частот порядка 10 ГГц и выше [4], и он при передаче случайной битовой последо- вательности является нестационарным. В ходе передачи сигнала линия не толь- ко задерживает его, но и вносит ампли- тудно-фазовые искажения, проявляю- щиеся, в том числе, в потерях, по сути, работая по принципу фильтра нижних частот. Способность линий передачи запасать энергию в магнитном и элек- трическом полях также благоприятству- ет проявлению датазависимого джит- тера. Большие потери в линиях пере- дачи усиливают любые виды джиттера. Эффекты, аналогичные ограничению полосыпропускания, проявляются ипри существеннойнеоднородности волново- го сопротивления вдоль линии распро- странения сигналов. Для электрически коротких линий в основном наблюда- ется скругление фронтов и спадов сиг- нала с непостоянной задержкой, а для длинных линий переходные процессы приобретают ступенчатый характер [3]. Уровень межсимвольных искажений зависит от длины и содержания бито- вой последовательности. При прочих равных условиях более высокий джит- тер имеют более длинные битовые последовательности, а также те, кото- рые характеризуются бо ′ льшим коли- чеством фронтов и спадов. Периодический джиттер, как прави- ло, имеет постоянную частоту и ампли- туду. Он определяется повторяющими- ся эффектами, не коррелирующими с потоком данных, в основном – регу- лярными коммутационными помеха- ми по цепям электропитания. Джиттер, вызванный перекрёстными помехами, определяется случайным состоянием линий передачи цифровых сигналов, находящихся в нежелательном индук- тивно-ёмкостном взаимодействии меж- ду собой. Если процесс индуцирования помехонесущего тока имеет сходную с фронтом или спадом направленность, то длительность переходного процес- са будет снижаться, и наоборот. Прак- тика проектирования ЦУ показала, что отклонение фронтов и спадов, вызван- ное перекрёстными помехами, может достигать ±0,2 нс, что составляет до 15% значения характерной для типовых линий печатного монтажа задержки. Переход к технологиям производства печатных узлов с более плотной топо- логией в целом способствует усилению такого нежелательного взаимодействия. Наличие повышенного джиттера в цифровых сигналах, помимо ограниче- ния предельных рабочих частот, приво- дит к следующим типичным проблемам: ● неработоспособность высокоско- ростных ЦУ из-за постоянных оши- бок в захвате логического состояния; ● нарушение тактирования в устрой- ствах с жёсткими требованиями по синхронизации; ● появление нерегулярных сигнальных аномалий, появляющихся в силу осо- бого сочетания передаваемых бит и вызывающих нестабильное функци- онирование ЦУ; ● повышение системной задержки и снижение быстродействия. Влияние джиттера на функциони- рование некоторых ЦУ может быть критическим, поэтому следует пред- принимать меры по его снижению. К ним относятся повышение стабиль- ности питающих напряжений, сниже- ние уровня перекрёстных помех, устра- нениерассогласованийв линияхпереда- чи, комплексное обеспечение тайминга ЦУ. К технологическим мерам относят- ся снижение проектных норм микро- электронных компонентов, симметри- рованиеплечвыходныхкаскадовмикро- схем, достижениеминимальныхотличий характеристик элементарных вентилей иих стабильности [6]. Однойиз возмож- ныхмер, как этопоказанодалее, является повышениенапряжения электропитания. Следует, однако, отметить, что ино- гда джиттер может оказаться полезным. В таких интерфейсах, как PCI и ATA, его намеренно увеличивают вплоть до допустимого предела, чтобы сни- зить уровень помехоэмиссии. Посколь- ку джиттер меняет продолжительность битовых интервалов, одновременно изменяется положение минимумов и максимумов спектральной плотности по частоте. Наличие джиттера приво- дит к снижению средних значений эмиссии излучаемых помех. Ограничение джиттера на уровне, приемлемом для выбранного класса компонентной базы, является одним из условий надёжной работыЦУ, и поэто- му на практике широко применяют раз- личные способы приборного контро- ля характеристик джиттера. М ЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЖИТТЕРА Методы оценки показателей джиттера можно разделить на расчётные и экспе- риментальные (см. рис. 4), а последние, в своюочередь, – на методы логическо- го анализа и измерительные методы в частотной и временно ′ й областях. Как отмечалось ранее, проблема джит- тера и причины его появления настоль- ко многогранны, что при нынешних научно-технических возможностях построить модель его формирования, обладающуюдостаточной для решения инженерных задач точностью, не пред- ставляется возможным. Вместе с тем при моделированииЦУ на поведенческом и схемном уровне в обязательном поряд- ке рассматривают вопросы тайминга, включающие в себя оценку задержки и временно ′ й асимметрии цифровых сиг- налов при групповой обработке [3, 4]. При использовании расчётных методов джиттер обычно характеризуется мини- мальным и максимальным показателя- ми, а также дисперсией. Использование традиционных математических моде- лей схем ЦУ [7], учитывающих факто- ры, определяющие детерминированный джиттер, позволяет оценить его уровень и предпринять корректировку тополо- гии печатных узлов для его снижения, На основе анализа во временно ′ й области Глазковая диаграмма На основе спектрального анализа Экспериментальные Вероятностная гистограмма U-образная кривая Без выделения опорной формы спектра С выделением опорной формы спектра С использованием логического анализатора Способы анализа джиттера Расчётные Рис. 4. Классификация способов анализа джиттера