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講講SSC擴(kuò)頻時(shí)鐘

冬至配餃子 ? 來源:信號(hào)完整性學(xué)習(xí)之路 ? 作者:廣元兄 ? 2022-08-11 09:18 ? 次閱讀
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這段時(shí)間,會(huì)翻一翻PCIe相關(guān)協(xié)議規(guī)范,看到不同章節(jié)不同地方會(huì)有關(guān)于SSC擴(kuò)頻時(shí)鐘的內(nèi)容,那就講講SSC擴(kuò)頻時(shí)鐘。

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SSC,全稱Spread Spectrum Clocking,即擴(kuò)頻時(shí)鐘。由于信號(hào)的能量過于集中在其載波頻率位置,導(dǎo)致信號(hào)的能量在某一頻點(diǎn)位置處的產(chǎn)生過大的輻射發(fā)射。為了有效地降低EMI輻射,芯片廠家在設(shè)計(jì)芯片時(shí)也給容易產(chǎn)生EMI的信號(hào)增加了SSC擴(kuò)頻時(shí)鐘的功能,頻率變化的時(shí)鐘,其頻譜能量被分散在一定頻譜范圍上。當(dāng)前PCIE、SATA、SAS、USB3.0等高速芯片都支持SSC的功能。采用SSC的功能可以有效的降低信號(hào)所產(chǎn)生的EMI。

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說到擴(kuò)頻,會(huì)想到分頻和倍頻,也有過混淆的情況。分頻和倍頻說的是CPU與總線、外設(shè)之間工作頻率的關(guān)系。為什么會(huì)有分頻、倍頻?是因?yàn)橛行┩獠吭O(shè)備達(dá)不到CPU的工作頻率,一般情況下,CPU的工作頻率永遠(yuǎn)是高于外部設(shè)備的,為了協(xié)調(diào)CPU與外部設(shè)備的工作時(shí)序,就只有進(jìn)行分頻和倍頻處理。

CPU的頻率,即主頻為外頻與倍頻兩者的乘積。

SSC不僅對(duì)時(shí)鐘振蕩頻率(基波)有抑制作用,對(duì)高次諧波(準(zhǔn)確地說是基頻的奇次諧波)的峰值也有抑制作用。

SRIS - Separate Refclk Independent SSC. 獨(dú)立參考擴(kuò)頻;

SRNS - Separate Refclk with No SSC。獨(dú)立參考無擴(kuò)頻;

SRNS允許600ppm,而SRIS允許5600ppm(其中SSC允許5000ppm,TX/RX允許600ppm);

一般芯片支持SRIS也會(huì)支持SRNS。

+0%~-0.5%這個(gè)說的是擴(kuò)頻類型。擴(kuò)頻類型有三種:中心擴(kuò)頻,向上擴(kuò)頻還有向下擴(kuò)頻。由于中心和向上擴(kuò)頻都會(huì)產(chǎn)生超過系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率,會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響,所以一般使用向下擴(kuò)頻。

30KHz~33KHz這個(gè)說的是被調(diào)制信號(hào)頻率范圍內(nèi)的變化速度。調(diào)制頻率太快,后級(jí)的PLL電路可能跟蹤不上,應(yīng)遠(yuǎn)小于源時(shí)鐘的頻率,以免引起時(shí)序問題(建立/保持時(shí)間等);調(diào)制頻率太慢,會(huì)產(chǎn)生人耳可識(shí)別的聲音的頻率范圍(20Hz~20KHz)音噪。

在實(shí)際應(yīng)用中,調(diào)制頻率一般選擇30KHz~33KHz。

后級(jí)PLL電路,這里擴(kuò)充一些。

時(shí)鐘展頻只引入非常小的周期間抖動(dòng),當(dāng)展頻的時(shí)鐘輸出到下游的PLL時(shí),此時(shí)PLL表現(xiàn)為低通濾波器,允許輸入的低頻部分通過,衰減其中的高頻部分。擴(kuò)頻時(shí)鐘輸入PLL時(shí),PLL可能出現(xiàn)無法鎖住頻率的問題。務(wù)必確保PLL必須能檢測展頻時(shí)鐘的頻率變化并允許展頻時(shí)鐘通過。以上取決于PLL的帶寬,如果帶寬太低,PLL可能無法可靠地偵測輸入時(shí)鐘,造成偵測偏差,給系統(tǒng)引入更大的Jitter。

PLL 受控變量通常是信號(hào)的相位。

一階用于相位變量/ 狀態(tài),二階是一階的導(dǎo)數(shù),即頻率。

調(diào)制解調(diào)器之間任何載波頻率偏移將始終產(chǎn)生恒定的相位滯后,只能通過二階PLL來消除。

調(diào)制波形之前也說過,有正弦波,鋸齒波,還有三角波等

三角波調(diào)制方式簡單,調(diào)制后信號(hào)的頻譜比較均勻,調(diào)制波形一般采用三角波。

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PCIE串行總線3.0速率為8Gbps,規(guī)定擴(kuò)展率為0~-0.5%,調(diào)制頻率為30~33kHz,這樣的要求不但滿足了EMI的衰減要求,同時(shí)也為兼顧擴(kuò)頻時(shí)鐘帶來的周期抖動(dòng)最小化的要求。

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SSC是為了系統(tǒng)EMI問題,濾波和屏蔽的方法才是實(shí)際工作中常用的解決之道。SSC在實(shí)際工作中都是關(guān)閉狀態(tài)。這里面有個(gè)問題,既然打開對(duì)EMI有利,其標(biāo)準(zhǔn)又符合相關(guān)抖動(dòng)Jitter的標(biāo)準(zhǔn),為什么不將其打開?

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SSC也有資料給出時(shí)鐘展頻有三個(gè)主要的控制參數(shù):調(diào)制速度(Modulation Rate)、調(diào)制深度(Modulation Depth)和調(diào)制方式(Modulation Profile),里面的理論和知識(shí)大同小異,這里就不做展開。




審核編輯:劉清


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