专利名称：传输延迟和抖动测量的制作方法
技术领域：
本发明涉及定时测量，并且更特别地涉及时钟驱动系统中的传输延迟和抖动测量。
背景技术：
在时钟驱动系统中，参考时钟经过不同的路径传播，这些路径的布局引入参考时钟的不同延迟。沿着这些路径的某些电路，比如时钟数据恢复(CDR)电路引入了附加的延迟。用于以每秒多千兆比特发送数据的高速芯片组呈现出许多信号完整性挑战。尽管高速底板看上去就像印刷电路(PC)板，但实际上可看作为通信系统。传播到底板不同部分的参考时钟经历了不同的传输延迟。系统设计需要考虑该传输延迟以便使系统性能满足要求，比如对抖动的限制。
对于高速串行数据标准，比如外围部件接口(PCI)Express和全缓冲双线内存模组(FB-DIMM)标准，物理层如图1所描述的那样。参考或系统时钟通过驱动发射器(TX)和接收器(RX)中的锁相环(PLL)来驱动它们。PLL具有看作为抖动传送延迟的传输延迟。通常，PLL特性具有随频率而变的抖动传送延迟。在工作频率范围中，群延迟被用来表示传送延迟。PLL的传输延迟可通过频谱分析来测量。包括微波传输带和微波带状线的传输线也具有使用时域传输(TDT)或矢量网络分析器(VNA)所测量的传输延迟。对于图1所示的系统，如果由部件厂家提供每个部件的传输延迟，那么通过将每个部件，比如PLL和传输线的传输延迟求和来获得整个传输延迟。但是，即使并非不可能，使用当前可用的技术(频谱分析、TDT、VNA)来直接测量传输延迟也是十分困难的。
所想要的是一种用于测量高速印刷电路板上传输延迟和抖动的直接方法。
发明内容
由此，本发明提供了一种用实时示波器利用互相关来测量传输延迟和抖动的方法。在测试中从系统中的两个测试点获取波形。在两个波形上运行时钟恢复以获得各自的速率和偏移量。根据各自的偏移量计算两个波形之间的时间偏差。滤波来自两个测试点的抖动，并且根据滤波的抖动计算除均值(mean-removed)互相关系数。基于LMS误差利用内插来计算分数延迟，并且各自的计算分量被求和以计算两个测试点之间的传输延迟。传输延迟可接着用于通过将一个信号与另一个信号进行边缘比较来提供“理想化的”参考时钟，以便确定抖动。
当结合所附权利要求和附图阅读随后的详细描述时，可从中清楚得知本发明的目的、优点和其它新颖特征。
图1是高速传输系统的典型物理层的方框图，指明根据本发明的传输延迟和抖动测量的测试点。
图2是根据本发明的传输延迟测量过程的流程图。
图3是来自与图1对应的PCI-Express系统的时钟和数据波形的曲线图。
图4是根据本发明的滤波的抖动之间的互相关的曲线图。
图5是根据本发明通过内插计算延迟的曲线图。
具体实施例方式
再次参考图1，参考或系统时钟12通过各自的传输线“通道T”18和“通道R”20链接到发射器14和接收器16。发射器14内侧的PLL22将参考时钟与用于驱动数据比特序列的数据率相乘。来自发射器14的数据通过传输线“数据通道”24传播到接收器16。从“tp.1”到“tp.4”的路径包括两个通道18，24和PLL22。这三个部件都具有低通滤波特性。因此，在“tp.1”和在“tp.4”测量的低频抖动相互关联。当两个信号相互关联时，这两个信号之间的延迟是得到两个信号峰值之间互相关系数的值。当互相关系数达到峰值时，延迟值对于最小均方(LMS)误差来说是最优的。在“tp.1”和“tp.4”之间通过计算两点处低频抖动分量之间的互相关系数来测量传输延迟Td_1.4。该互相关方法只提供针对一个单位时间间隔(UI)的解。更精确的解可通过内插而获得，以实现对于LMS误差的最优值。
在图2中示出测量传输延迟和抖动的过程。
●步骤1使用适当的仪器，比如实时示波器在两个测试点处获取波形。示波器通道需要是抗扭斜的，并且当使用探针时以抗扭斜的方式来包括它们。
●步骤2在一个波形，即“tp.1”上运行恒定时钟恢复(CCR)，以得到时钟频率和偏移量，T_CCR_Offset_tp.1。接着乘上时钟频率以得到数据率。例如，PCI-Express标准的乘法因子可以是25。
●步骤3利用数据率在另一个波形，即“tp.4”的数据波形上运行CCR，以获得偏移量T_CCR_Offset_tp.4。该算法确保步骤2和3中的数据率精确相同——在步骤2中发现的比特率(按照需要被相乘以转换成数据率)用于步骤3中数据的比特率。
●步骤4根据两个波形计算恢复时钟之间的时间偏差T_CCR_Offset＝T_CCR_Offset_tp.4-T_CCR_Offset_tp.1以UI来表示。
●步骤5滤波来自两个测试点的抖动。按需要乘上时钟频率并且按滤波的需要内插数据抖动。滤波可以任何的形式，取决于在两个点处的信号之间什么抖动内容是共有的。在该例子中，低频抖动在两个点之间是共有的，因此使用低通滤波器。对于PCI-Express标准，截止频率可以设置为2MHz。
●步骤6计算来自两点的滤波抖动之间的除均值互相关系数。找到产生互相关系数最大值的最大延迟T_XCOR_Delay(以UI表示)。当进行互相关计算时，需要规定延迟的范围，这是很容易确定的。
●步骤7基于LMS误差方法，使用内插来计算分数延迟T_INTERP_Delay，以获得精确于一个UI的解。
●步骤8通过对以上获得的分量求和来计算传输延迟Td＝T_CCR_Offset+T_XCOR_Delay+T_INTERP_Delay结果用UI来表示，其可被转换成秒，因为UI的持续时间是已知的。
上述基于互相关的传输延迟方法可应用于测量传输延迟或系统中任意两点之间的延迟差。例如，可直接测量“tp.4”和“tp.5”之间传输延迟的差。在两点处的信号可以是时钟或数据信号，即从“tp.1”到“tp.5”是从时钟到时钟，并且从“tp.3”到“tp.4”是从数据到数据。为了得到高精确度的测量结果，信噪比(SNR)应当足够高，这在该例子中是真的，因为低频抖动分量通常是在高速数据传输系统中的信号。例如，扩频时钟(SSC)广泛地用于参考时钟并且具有大的低频抖动。
在将时钟和数据作为输入的时钟数据恢复(CDR)系统中，比如在接收器16中将来自PLL28的数据和参考时钟输出作为输入的CDR26中，PLL是时钟乘法器并具有低通来自输入参考时钟的抖动的特性。CDR26算出其恢复时钟和数据之间的最优延迟，由此确定数据缓冲器大小。可应用为传输延迟计算而描述的互相关过程，以找到数据和恢复时钟之间的最优延迟。
如图2所示那样获得最优延迟之后，数据交叉边沿和恢复时钟交叉边沿之间的绑定可通过根据参考时钟波形利用PLL生成恢复时钟边沿来确定(步骤9)。利用最优延迟Td(步骤10)调整时钟边沿以产生“理想的”时钟边沿。同样，直接计算抖动测量(步骤11)作为数据边沿交叉时间和“理想”时钟边沿交叉时间之间的差。
作为一个例子，时钟和数据波形如图3所示用于PCI-Express系统。来自传输延迟测量过程的中间和最终结果是T_CCR_Offset＝-24.416(UI)T_XCOR_Delay＝28(UI)T_INTERP_Delay＝-0.0007(UI)Td＝3.5769(UI)或1.4308(ns)数据率是PCI-Express系统中参考时钟输率的25倍，并且第一中间结果T_CCR_Offset大约为-24UI，这意味着第一恢复数据边沿在第一恢复时钟边沿之前大约24UI。这与从图3的观察一致。
从图4所示的互相关曲线中获得第二中间结果T_XCORR_Delay。第三中间结果的分数值T_INTERP_Delay提供更精确的解。最终结果Td是传输延迟。
在步骤6中，计算两个信号之间的互相关。当假设两个信号下x(n)和y(n)，n＝1，2，…，N相互关联，存在最优整数延迟k，使得信号x(n)和延迟信号y(n+k)具有最小的差。差的良好标准是平方差或误差。由于N是恒定的数，所以对均方误差的最小化与最小化平方误差是一样的。因此，LMS误差的延迟的解与最小均方误差的解在这里是相同的。
minkJ(k)＝mink{∑n(x(n)-y(n+k))2}＝∑nx(n)2+∑ny(n)2-2maxk{∑n(x(n)*y(n+k))}＝‖x‖2+‖y‖2-2‖x‖‖y‖maxkr(k)其中r(k)是互相关系数，‖x‖和‖y‖是x(n)和y(n)，n＝1，2，…，N的2-范数。当x(n)和y(n)被规范化时，‖x‖和‖y‖都等于1。由于‖x‖和‖y‖是恒定的，所以使互相关系数最大的特定k也在同时使平方误差最小。
步骤7利用内插计算分数延迟，如图5所示，其中x(n)和z(n)被相互关联。在信号x(n)和移位信号z(n+p)之间存在给出最小误差的最优分数延迟，其中p是具有UI单位的分数，并且z(n+p)是z(n)和z(n+1)之间的内插值z(n+p)＝(1-p)*z(n)+p*z(n+1)当N为恒定时，良好的最优化标准是平方误差，或等同地是均方误差。
minpJ(p)＝minp{∑n(x(n)-z(n+p))2}＝minp{∑n(x(n)-z(n)-(z(n+1)-z(n))*p)2}该优化问题的解通过对变量p求偏导数来获得p＝{∑n(x(n)-z(n))*(z(n+1)-z(n))}/{∑n(z(n+1)-z(n))2}因此本发明提供了一种有效利用实时示波器的传输延迟和抖动测量的方法，该方法基于互相关。
权利要求
1.一种测量方法，包括步骤在测试中在系统的两个测试点获取波形；在两个波形上运行恒定时钟恢复以获得各自的偏移量值；计算各自偏移量值之间的时间偏差；滤波来自两个测试点的抖动；计算来自两个测试点的所滤波抖动之间的除均值互相关系数；和通过对时间偏差和除均值互相关系数求和来计算传输延迟。
2.如权利要求1所示的方法，还包括步骤计算分数延迟以便与传输延迟计算步骤中的时间偏差和除均值互相关系数求和。
3.如权利要求2所示的方法，其中分数延迟计算步骤包括基于最小均方误差方法使用内插的步骤。
4.如权利要求1所示的方法，其中运行步骤包括步骤获得来自一个波形的参考时钟频率；并且将该参考时钟频率与一常数相乘以获得数据率，该数据率用于另一波形的运行步骤。
5.如权利要求4所示的方法，还包括步骤确定来自一个波形的参考时钟边沿；将该参考时钟边沿延迟所述的传输延迟，以获得“理想”时钟边沿；确定另一个波形的数据转换边沿；并且根据所述“理想”时钟边沿和所述数据转换边沿来计算抖动。
全文摘要
一种用实时示波器利用互相关来测量传输延迟和抖动的方法在测试中从系统中的两个测试点获取波形。在两个波形上运行时钟恢复以获得各自的速率和偏移量。计算两个波形之间的时间偏差。滤波来自两个测试点的抖动，并且根据滤波的抖动计算除均值互相关系数。基于LMS误差利用内插来计算分数延迟，并且各自的计算分量被求和以计算两个测试点之间的传输延迟。传输延迟可用于通过将一个波形的时钟边沿与另一个波形的数据转换边沿进行比较来调整时钟边沿，以便测量抖动。
文档编号G01R29/00GK1975688SQ20061016317
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月29日 优先权日2005年11月29日
发明者谈侃, J·C·卡尔芬, K·塞普 申请人:特克特朗尼克公司