Jak dodać kontrolowaną ilość jittera do sygnału

tło

Pracuję nad cyfrowym zegarem i obwodem odzyskiwania danych i teraz wchodzę w fazę oceny, koncentrując się na testowaniu ograniczeń projektu i znajdowaniu potencjalnych mocnych i słabych stron. Ważną cechą tego konkretnego projektu jest tolerancja na drgania w asynchronicznym sygnale wejściowym. Aby ocenić tę miarę, mam na myśli konfigurację testową, jak poniżej.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Problem

Aby mieć pewność, że wyniki testu są znaczące, pożądane jest, aby jitter miał następujące cechy:

• Losowo lub pseudolosowo
• Rozkład Gaussa
• Standardowe odchylenie hałasu jest sparametryzowane i można je zamiatać (JITTER CONTROL powyżej)

Nie wydaje się to łatwe. Czy istnieje stosunkowo prosty sposób na wstrzyknięcie kontrolowanej ilości fluktuacji do konfiguracji testowej?

Co mam do tej pory

Dałem mu do myślenia i badań, i mam dwa potencjalne sposoby na zaimplementowanie tego w sprzęcie.

1. Jeżeli zegar transmisji obwodu testowego jest znacznie wyższy niż DUT, wówczas sygnał wyjściowy może być nadpróbkowany. Następnie dodatkowe próbki można dodać lub usunąć z wyjścia, aby wstrzyknąć dyskretną ilość drgań. Ten jitter nie będzie idealnie gaussowski z powodu szumu kwantyzacji. Jeśli jednak nadpróbkowanie danych transmisyjnych w obwodzie testowym jest wystarczająco wysokie, problem ten można złagodzić.
2. Zestaw testowy Kubicek i in. (poniżej) wykorzystuje transmisję optyczną ze zmiennym tłumikiem, aby osiągnąć pożądany efekt. Wcale nie jest dla mnie oczywiste, dlaczego miałoby to osiągnąć powyższe, ale analizator widma powinien być w stanie ustalić, czy działa zgodnie z przeznaczeniem.

Rozumiem, że moje pytanie pomija wiele szczegółów dotyczących projektu i konfiguracji testu. Jest to celowe, ponieważ chcę, aby było to jak najbardziej koncepcyjne i ogólne. Chcę, aby nie stało się to postem dotyczącym konkretnego projektu na rzecz utworzenia stanowiska o stałej wartości odniesienia.

Oczywistą odpowiedzią jest zastosowanie generatora sygnałów cyfrowych w celu dodania kontrolowanej ilości hałasu do wejścia sterującego VCO.

Należy pamiętać, że ten sygnał szumu będzie reprezentował chwilowy błąd częstotliwości, a nie błąd fazowy, który zwykle kojarzy się z fluktuacją, więc odpowiednio zintegruj / różnicuj.

Pokazujesz osobny obwód dodający jitter do czystego sygnału pochodzącego z testowego generatora. VCO może być częścią PLL w tym oddzielnym obwodzie. PLL utrzyma średnią częstotliwość wyjściową na tym samym poziomie co częstotliwość wejściowa, ale będzie miał minimalny wpływ na dodatkowy jitter, o ile jego pętla sprzężenia zwrotnego ma minimalne wzmocnienie na częstotliwości jittera.

Jeśli zamierzasz wygenerować więcej niż ułamek jednostkowego przedziału jittera między szczytami, potrzebujesz jakiegoś elastycznego magazynu (FIFO) do przechowywania danych testowych. Łatwiej może być po prostu użyć roztrzęsionego zegara do generowania danych.

Zestaw testowy Kubicek i in. wykorzystuje transmisję optyczną ze zmiennym tłumikiem, aby osiągnąć pożądany efekt. Wcale nie jest dla mnie oczywiste, dlaczego miałoby to osiągnąć powyższe

Twoje dorozumiane pytanie brzmi: „co się dzieje na ryc. 5, aby stworzyć kontrolowany przypadkowy jitter?”.

Po pierwsze, uświadom sobie, że każdy odbiornik optyczny wprowadza szum do odbieranego sygnału. Szum ten jest dość dokładnie modelowany jako losowy szum gaussowski. Stopień wzmacniacza transimpedancyjnego (TIA) odbiornika w naturalny sposób przekształca szum prądowy na szum napięciowy. Wyjście fotodiody / TIA jest sygnałem analogowym proporcjonalnym do optycznego sygnału wejściowego, plus dodatkowy szum, o którym właśnie mówiliśmy.

Na rysunku ukryty jest wzmacniacz ograniczający do uzyskiwania poziomów logiki cyfrowej z wyjścia TIA. Wydaje mi się, że dzieje się tak w buforze rozwijającym w obwodzie wyciągniętym. Gdy zastosujesz wzmacniacz ograniczający do głośnego wejścia, szum zostanie przekształcony w jitter, ponieważ istnieje różnica w czasie, w którym zbocza narastające i opadające przekraczają próg decyzyjny. Ta zmiana taktowania jest fluktuacyjna i jest proporcjonalna do szumu na wejściu i odwrotnie proporcjonalna do nachylenia krawędzi (dV / dt).

Wraz ze wzrostem tłumienia optycznego zmniejszasz dV / dt, ale nie redukujesz szumu, więc zwiększasz drgania.

O rozwiązaniu VCO

FM'ing twojego źródła czasu (jak sugeruje odpowiedź Dave'a) prawdopodobnie nie będzie generował losowego szumu gaussowskiego, jak prosiłeś w swoim pytaniu. Na pewno nie losowy szum, który nie jest skorelowany od krawędzi do krawędzi (jitter losowy lub „RJ”), który wydaje się być tym, czego szukasz, i tym, co otrzymasz z obwodu Kubicka.

Jest to dobra metoda na uzyskanie drgań sinusoidalnych o przemiatanej częstotliwości (SJ), co jest kolejną specyfikacją, o którą należy się martwić przy charakteryzowaniu CDR. W rzeczywistości z mojego doświadczenia znacznie częściej określa się CDR na podstawie ich tolerancji dla jittera sinusoidalnego o pojedynczej częstotliwości niż dla ich tolerancji na nieskorelowany losowy jitter gaussa.

Jedną z rzeczy, które możesz zrobić, to zaimplementować wersję obwodu opóźniającego, która jest używana w bibliotekach DLL. Zazwyczaj jest to głodny prąd falownika. Musisz zdegenerować prąd z szyn do urządzenia i prąd z urządzenia (dla symetrii wzrostu / spadku) i mieć falownik rekonstrukcyjny (bez prądu głodu) na wyjściu.

Emulowałoby to również najczęstsze źródło Jittera w źródłach (częściowe zawalenie szyn i modulowanie na wyjściu poprzez G_m tranzystorów.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Źródłami prądu sterowanymi napięciem mogą być po prostu tranzystory PMOS i NMOS, ale na płytce masz inne opcje. Możesz zmienić liczbę stopni, aby zwiększyć kontrolę napięcia opóźnienia.

Aby się temu zaprzeczyć, możesz również kontrolować górną podaż, o ile utrzymujesz liczbę stopni opóźnienia na parzystej liczbie (będąc falownikami na przemian opóźnią wzrost i spadek). Potrzebne byłyby wtedy dwa falowniki rekonstrukcyjne na wyjściu.

^{zasymuluj ten obwód}

Istnieje jednak jeszcze prostszy sposób, jeśli chcesz tylko wstrzyknąć hałas na brzegach.

^{zasymuluj ten obwód}