PCI SIG 于 2017 年 9 月批準(zhǔn)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(jì)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(jì)活動(dòng)都集中在 PCIe Gen3 或 Gen4 上，現(xiàn)在深入研究 PCIe Gen5 設(shè)計(jì)還為時(shí)過(guò)早，因此我們暫時(shí)將重點(diǎn)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(gè)有益特性是時(shí)鐘抖動(dòng)的計(jì)算與 Gen3 相同。唯一的區(qū)別是 PCIe Gen4 抖動(dòng)限制為 500fs rms，而不是 Gen3 的 1ps rms。這意味著，如果您使用 PCIe Gen3 計(jì)算來(lái)計(jì)算時(shí)鐘抖動(dòng)并且您的結(jié)果小于 500fs rms，那么您可以將時(shí)鐘用于 PCIe Gen4。

PCI Express 時(shí)鐘的相位噪聲測(cè)量技術(shù)與用于網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的技術(shù)有很大不同。本博文的其余部分對(duì)兩者進(jìn)行了比較和對(duì)比。

讓我們從常用的 12kHz – 20MHz 磚墻濾波器開(kāi)始，該濾波器通常與相位噪聲分析儀 （PNA） 一起用于測(cè)量網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘，參見(jiàn)圖 1。線性垂直刻度以 dBc/Hz 為單位（每個(gè)頻率下相對(duì)于載波的分貝）和對(duì)數(shù)水平刻度以赫茲為單位。對(duì)于 PCIe 時(shí)序，載波是 100MHz 時(shí)鐘。以太網(wǎng)時(shí)鐘通常使用 156.25MHz。

簡(jiǎn)單檢查表明，在 12kHz 和 20MHz 之間的“通帶”沒(méi)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(guò)濾器。這意味著抖動(dòng)計(jì)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(duì)通帶中的所有噪聲內(nèi)容同樣敏感。

圖 2 說(shuō)明了在計(jì)算抖動(dòng)之前應(yīng)用于 PCIe 時(shí)鐘抖動(dòng)的濾波器組合。PCIe Gen3 和 Gen4 時(shí)鐘抖動(dòng)是應(yīng)用 64 個(gè)濾波器組合后獲得的最差值。這個(gè)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(méi)有磚墻。相反，在 1MHz 以下有 20dB/decade 的衰減。（注意：十年是對(duì)數(shù)刻度上的 10 的冪 ［104 到 105、105 到 106］）。這種衰減適用于常見(jiàn)的時(shí)鐘系統(tǒng)，因?yàn)槲覀兗僭O(shè)低頻噪聲很常見(jiàn)，并且我們指定所有 PLL（時(shí)鐘 PLL 和 TX/RX PLL）來(lái)跟蹤它。這意味著 PCIe Gen3 和 Gen4 通用時(shí)鐘系統(tǒng)對(duì)低頻時(shí)鐘抖動(dòng)的敏感度低于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這也是為什么用于普通時(shí)鐘系統(tǒng)的非常好的 PCIe 時(shí)鐘通常具有相對(duì)較高的 12kHz – 20MHz 相位抖動(dòng)數(shù)。這也是為什么為通用時(shí)鐘系統(tǒng)指定的時(shí)鐘不一定在單獨(dú)的時(shí)鐘系統(tǒng)中使用的原因。

下一個(gè)要注意的事項(xiàng)是濾波器通過(guò)了 1MHz 以上的大部分噪聲，實(shí)際上濾波器在 1MHz 以上相當(dāng)平坦。這意味著 PCIe Gen3 和 Gen4 通用時(shí)鐘時(shí)序?qū)?1MHz 以上的抖動(dòng)最為敏感。

PCIe 和網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)量之間的另一個(gè)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(shí)鐘周期或波形文件以計(jì)算 PCIe 時(shí)鐘抖動(dòng)，而不是 PNA。造成這種情況的主要原因是 PCIe 時(shí)鐘支持?jǐn)U頻，而網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘不支持，而且從歷史上看，PNA 一直無(wú)法使用正在擴(kuò)頻的時(shí)鐘。

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

審核編輯：郭婷