设备和系统时钟通常以固定的频率工作。这可能导致时钟频率的电磁干扰,导致串扰和耦合到附近的信号路径。扩频时钟(SSC)允许时钟设备通过频率调制信号来减少辐射发射。这种可控的调制将载波的能量分布在更宽的频率范围内,从而降低峰值功率。出于这个原因,监督目前使用的高速串行数据标准(如PCI Express和串行ATA)的特殊利益集团要求设备必须支持ssc才能兼容。
图1显示了启用SSC调制(红色)和禁用SSC调制(蓝色)时串行ATA硬盘时钟信号的FFT频谱。
![F1](http://www.lambexpress.com/ext/resources/Blogs/2020/Demodulating-Spread-Spectrum-Clocks/F1.jpg)
跟踪SSC
验证SSC的调制剖面历来具有挑战性,因为它涉及频率漂移作为时间的函数。频谱分析仪提供的典型视图中,x轴显示频率(Hz), y轴显示幅度(dB)。该视图可以验证SSC频率的范围,但不能显示它们发生的时间顺序。示波器提供的典型视图在x轴上显示时间,在y轴上显示幅度(V)。此视图可以验证波形,但不能辨别周期性频率漂移的速率。所需要的是一个显示频率作为时间函数的视图。
使用Track数学运算符[链接到SI杂志第4641篇],示波器能够绘制参数测量作为时间的函数。当应用于调制信号时,跟踪函数可以解调波形。通过跟踪频率测量参数,示波器可以显示SSC调制剖面作为频率与时间的函数。
如图2所示,以40 GS/s的采样速率和800万个采样点记录获得了3gb /s的Serial ATA Gen 2波形(白色)。串行ATA信号的三角形SSC频率调制剖面显示为波形迹线。除了提供定性的视图(SSC具有尖峰和线性过渡区域的三角形调制),还可以进行精确的定量测量。因为跟踪操作符是一个波形,所以可以应用标准示波器测量。然而,当应用于SSC调制剖面时,这些标准测量具有特殊的意义。
![F2](http://www.lambexpress.com/ext/resources/Blogs/2020/Demodulating-Spread-Spectrum-Clocks/F2.jpg)
参数P1测量波形中149,643个数据转换中的每一个的瞬时频率。频率轨迹波形(蓝色)绘制频率作为时间的函数,揭示了SSC的三角形调制形状。在这个视图中,调制与载波分离,并显示为一个独立的波形。P2测量参数,应用于轨道,是一个直接测量SSC调制频率。测量参数P3到P5测量SSC的时钟频率偏差,从对应的标称频率向下蔓延。P3和P4显示瞬时频率值的最大值和最小值,P5显示峰值频率偏差。这种定量分析允许快速确定合规性和快速检测SSC内发生的任何频率错误。
定性信息也可从SSC调制剖面形状。在某些情况下,这些信息可能与定量信息一样有价值,甚至比定量信息更有价值。在串行ATA Gen 2设备的实际调试会话期间获得,图3中的绿色波形显示了一系列非线性转换。在测试过程中,这些“阶梯级”转换导致了非常大的确定性抖动值,但原因尚不清楚。只有在绘制SSC调制轮廓后,设计人员才确定他们的抖动问题是由于SSC调制芯片组中的数字编码器故障造成的。定性的观点的SSC调制轮廓使诊断很容易确定。如果没有调制轮廓的定性观点,发现这个真实世界抖动问题的根本原因将是非常困难的。
![F3](http://www.lambexpress.com/ext/resources/Blogs/2020/Demodulating-Spread-Spectrum-Clocks/F3.jpg)
现在可以使用参数跟踪功能来验证SSC性能,以显示由瞬时频率作为时间函数组成的波形。将传统的测量参数应用于航迹会产生不同类型的有意义的测量,例如SSC频率和SSC频率偏差。除了定量的SSC特定测量外,频率-时间调制剖面的定性视图可以识别调制异常,并深入了解SSC调制误差的来源。