Современная электроника №1/2024

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 1 / 2024 численные последствия дисперсии по раздельности нецелесообразно из - за тес - ного и подчас трудно разделимого пере - плетения причин и следствий . В настоящее время основным спосо - бом анализа качеств цифровых сигна - лов является построение глазковых диа - грамм ( ГД ), которые получаются путём многократного наложения осцилло - грамм исследуемого сигнала друг на друга с использованием обоснованно - го сопряжения по временно́й оси . На основе ГД могут быть определены уро - вень логических единицы и нуля , мини - мальные битовый интервал и размах ( амплитуда ) сигнала , характеристики пересечения осциллограмм при мно - гократном наложении , а также фактор качества . Также при помощи ГД можно на начальном уровне исследовать джит - тер , например , оценивать долю занято - го им битового интервала . Более глубо - кий , в том числе статистический анализ джиттера позволяет сделать выводы о причинах его возникновения [3, 4]. Такой анализ принято проводить с использованием специальных аппарат - но - программных опций , реализуемых на базе современных осциллографов . Таким образом , измерения с исполь - зованием ГД являются действенным способом оценки качества передачи информации в цифровом виде , и неу - дивительно , что он пользуется боль - шим спросом у разработчиков цифро - вых быстродействующих устройств и ключевой компонентной базы для них . Казалось бы , построение ГДможет быть выполнено путём многократного нало - жения осциллограмм при классической синхронизации по фронту и спаду , ког - да порог запуска развёртки установленна половину размаха сигнала . Такойподход может быть ограниченно применимтоль - ко в томслучае , еслидостоверно известна неизменность битового интервала циф - рового сигнала для выбранного уровня синхронизации . Однако из - за потерь и сопутствующего джиттера это невыпол - нимо для любых цифровых сигналов с высокой скоростьюследования бит , вклю - чая используемые в перечисленных выше последовательных интерфейсах . Полноценно реализовать построение ГД и провести анализ качества цифро - вых сигналов на её основе можно толь - ко в том случае , если запуск развёртки в осциллографе выполняется при помо - щи специального внутреннего сигна - ла синхронизации , сформированного на основе анализа битовой последова - тельности . Выработка таких синхро - сигналов осуществляется специальны - ми аппаратными или программными опциями современных осциллографов , причём от качества их формирования будет зависеть точность построения ГД и , соответственно , качество результа - тов измерений . При этом реализуются специальные алгоритмы слежения за фазой и частотой , которые совместно позволяют восстанавливать тактовый сигнал в широком диапазоне битовых скоростей . Ввиду этого вначале целесо - образно рассмотреть подходы , приме - няемые для восстановления тактового сигнала (Clock and Data Recovery, CDR) и данных как в цифровых последова - тельных интерфейсах , так и в осцилло - графах для построения ГД . Принципы и типовые схемы восстановления тактового сигнала на основе последовательности импульсов Задача CDR в общем случае осложне - на тем , что цифровой сигнал на входе приёмника оказывается асинхронным , имеет аддитивный шум и искажён - ную форму [4]. Причиной этого явля - ются не только дисперсия в линии передачи , но и свойства передающего устройства . В этом смысле основной вклад вносит джиттер , проявляющий - ся в виде быстрых флуктуаций пери - ода тактового сигнала и нестабильно - сти положения фронтов на временно́й сетке . В большинстве случаев основ - ным источником джиттера является фазовый шум задающего генератора . Дополнительными факторами , имею - щими наибольшее значение для циф - ровых быстродействующих устройств , являются тепловой шум , нелинейность амплитудно - частотной и фазочастот - ной характеристик линий передачи , перекрёстные помехи . Аналогичная нестабильность , но в существенно меньшей степени , проявляется и в выходных сигналах схем CDR, и она , очевидно , усиливается при снижении качества входного сигнала . Общая схема системы CDR приве - дена на рис . 1. Принимаемый сигнал поступает одновременно на модуль восстановления тактового сигнала и решающее устройство . Выходной так - товый сигнал , который и будет пред - ставлять в дальнейшем особый инте - рес , должен соответствовать текущей скорости передачи бит и иметь такое фазовое отношение в сравнении со входным сигналом CDR, при котором обеспечивается устойчивая его обработ - ка . К системе CDR могут предъявляться самые различные требования по поло - се перестройки , скорости синхрониза - ции , входной сигнал может быть непре - рывным потоком данных или же только эпизодически присутствовать на линии . При восстановлении тактового сиг - нала схема CDR всегда будет нахо - диться в переходном процессе , частота генератора будет колебаться в некото - рых пределах около необходимой . Для устойчивости формирования сигна - ла синхронизации необходимо , чтобы соблюдались требования по минималь - но достаточному количеству переходов между логическими состояниями , что обеспечивается различными методами кодирования информации [5], напри - мер , 8b/10b, 128b/132b и др . Это обя - зательно реализуется в схемах CDR, работающих в составе стандартных интерфейсов последовательной переда - чи данных . Основными характеристи - ками систем CDR являются возможный диапазон битовых скоростей , восприим - чивость к джиттеру , фазовый шум вос - становленного тактового сигнала , а так - же время вхождения в синхронизацию . Архитектурысистем CDR принято клас - сифицировать следующимобразом [6, 7]: ● системы , построенные на слежении за фазой входного сигнала . Эта группа включает в себя устройства , основан - ные нафазовой автоподстройке частоты ( ФАПЧ ), управляемых линиях задерж - ки , фазовой интерполяции , связанных генераторах . Как правило , для восстанов - ления тактовойчастотыв современных осциллографах при отсутствии априор - нойинформациио битовой скоростиис - пользуется именно ФАПЧ ; ● системы , основанные на сверхди - скретизации входного сигнала ; Рис . 1. Обобщённая функциональная схема CDR