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对于SOC而言,SerDes PHY(物理层)高度关注参考时钟的随机抖动(Random Jitter, RJ),主要原因在于其直接且深刻地影响高速串行链路的误码率(BER)和系统稳定性,具体机制如下:
PLL的基准:SerDes PHY内部的时钟数据恢复(CDR)电路和发送端锁相环(PLL)均以外部参考时钟为基准。RJ会通过PLL传递到发送端串行时钟,导致输出数据的时序偏差累积。
抖动传递与放大:PLL对参考时钟的高频随机抖动抑制能力有限,此类抖动可能被调制到输出时钟相位上,恶化发送信号的眼图质量。
无界性:RJ符合高斯分布,理论上幅度无上限。随着传输速率提升(如PCIe Gen5达32GT/s),单位间隔(UI)缩小至皮秒级,即使小幅RJ也可能跨越采样阈值,引发不可预测的误码。
CDR跟踪极限:接收端CDR通过反馈环路跟踪输入抖动,但其带宽有限(通常1-10MHz)。超出带宽的RJ无法被抑制,直接进入采样判决电路。RJ的频谱特性使其更易超出CDR跟踪范围。
抖动预算分配:高速协议(如PCIe、以太网)定义了严格的端到端抖动预算。参考时钟RJ占据总预算的重要部分,过大的RJ会挤占信道损耗、串扰等其他因素的容忍空间。
误码率指数级恶化:RJ会直接抬升系统BER。例如PCIe要求BER<1e-12,参考时钟RJ增加1ps可能使BER恶化数个数量级。
相位噪声与RJ换算:RJ通常通过参考时钟相位噪声积分计算(如1kHz-100MHz频段),成为时钟芯片选型的核心参数。
协议强制约束:PCIe Gen1-Gen4要求参考时钟频率稳定性±300ppm,Gen5收紧至±100ppm,RJ必须满足相应附加规范。
结论:随机抖动因统计学特性和系统传递机制,成为SerDes PHY参考时钟的核心关注点。其控制直接影响高速链路的可靠性,需通过低噪声时钟源、优化PLL带宽及严格遵循协议抖动预算实现。