PCI SIG 于 2017 年 9 月批準了 PCIe Gen4 規(guī)范的 1.0 版。PCIe Gen5 規(guī)范于 2018 年 4 月底移至 0.7 版，并計劃在 2018 年 9 月發(fā)布 0.9 版。Gen5 規(guī)范的發(fā)展速度要快得多比他們?yōu)?Gen4 所做的。如今，大多數(shù)新設(shè)計活動都集中在 PCIe Gen3 或 Gen4 上，現(xiàn)在深入研究 PCIe Gen5 設(shè)計還為時過早，因此我們暫時將重點放在 PCIe Gen3 和 Gen4 上。

在我們深入研究之前，我想指出 PCIe Gen4 的一個有益特性是時鐘抖動的計算與 Gen3 相同。唯一的區(qū)別是 PCIe Gen4 抖動限制為 500fs rms，而不是 Gen3 的 1ps rms。這意味著，如果您使用 PCIe Gen3 計算來計算時鐘抖動并且您的結(jié)果小于 500fs rms，那么您可以將時鐘用于 PCIe Gen4。

PCI Express 時鐘的相位噪聲測量技術(shù)與用于網(wǎng)絡(luò)時鐘的技術(shù)有很大不同。本博文的其余部分對兩者進行了比較和對比。

讓我們從常用的 12kHz – 20MHz 磚墻濾波器開始，該濾波器通常與相位噪聲分析儀 （PNA） 一起用于測量網(wǎng)絡(luò)時鐘，參見圖 1。線性垂直刻度以 dBc/Hz 為單位（每個頻率下相對于載波的分貝）和對數(shù)水平刻度以赫茲為單位。對于 PCIe 時序，載波是 100MHz 時鐘。以太網(wǎng)時鐘通常使用 156.25MHz。

簡單檢查表明，在 12kHz 和 20MHz 之間的“通帶”沒有衰減，如 0dBc 處的水平線所示。12kHz 和 20MHz 處的垂直線完全衰減了通帶外的頻率。我們將這些垂直線稱為“磚墻”過濾器。這意味著抖動計算包括通帶區(qū)域內(nèi)的所有噪聲并排除通帶外的所有噪聲。該濾波器對通帶中的所有噪聲內(nèi)容同樣敏感。

圖 2 說明了在計算抖動之前應(yīng)用于 PCIe 時鐘抖動的濾波器組合。PCIe Gen3 和 Gen4 時鐘抖動是應(yīng)用 64 個濾波器組合后獲得的最差值。這個最差值必須小于規(guī)范限制。

檢查圖 2 可以看出與圖 1 的 12kHz – 20MHz 濾波器的顯著差異。最明顯的差異是沒有磚墻。相反，在 1MHz 以下有 20dB/decade 的衰減。（注意：十年是對數(shù)刻度上的 10 的冪 ［104 到 105、105 到 106］）。這種衰減適用于常見的時鐘系統(tǒng)，因為我們假設(shè)低頻噪聲很常見，并且我們指定所有 PLL（時鐘 PLL 和 TX/RX PLL）來跟蹤它。這意味著 PCIe Gen3 和 Gen4 通用時鐘系統(tǒng)對低頻時鐘抖動的敏感度低于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這也是為什么用于普通時鐘系統(tǒng)的非常好的 PCIe 時鐘通常具有相對較高的 12kHz – 20MHz 相位抖動數(shù)。這也是為什么為通用時鐘系統(tǒng)指定的時鐘不一定在單獨的時鐘系統(tǒng)中使用的原因。

下一個要注意的事項是濾波器通過了 1MHz 以上的大部分噪聲，實際上濾波器在 1MHz 以上相當平坦。這意味著 PCIe Gen3 和 Gen4 通用時鐘時序?qū)?1MHz 以上的抖動最為敏感。

PCIe 和網(wǎng)絡(luò)時鐘抖動測量之間的另一個顯著差異在圖 2 中并不明顯。數(shù)字采樣示波器 （DSO） 用于獲取時鐘周期或波形文件以計算 PCIe 時鐘抖動，而不是 PNA。造成這種情況的主要原因是 PCIe 時鐘支持擴頻，而網(wǎng)絡(luò)時鐘不支持，而且從歷史上看，PNA 一直無法使用正在擴頻的時鐘。

根據(jù) Nyquist，對信號進行采樣的行為將所有信息混疊到 f/2。對于 100MHz PCIe 時鐘，這意味著從 DSO 獲得的文件包含高達 50MHz 的有用信息。這也意味著基于 DSO 數(shù)據(jù)的 PCIe 時鐘抖動計算一直計算到 50MHz！盡管濾波器在 1MHz 以上大約 -20dBc，但 PCIe Gen3 和 Gen4 通用時鐘抖動在 1MHz 到 50MHz 的范圍內(nèi)最為敏感，如圖 3 所示。

審核編輯：郭婷