調試時鐘定時問題的思路

如今數(shù)字系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能都是建立在其內部時鐘系統(tǒng)之上。

由于時鐘信號對系統(tǒng)性能影響很大，所以定位并糾正這些信號出現(xiàn)的問題非常重要。

工程師必須像一名優(yōu)秀偵探員那樣找出正確的測試問題并準確確定故障原因以及影響。

修正那些故障影響并非是一種最優(yōu)的解決方法，它將導致遺漏故障原因，而在以后導致更嚴重的時序錯誤。

例如，在出現(xiàn)問題(大抖動、畸形波形或者沒有達到設計參數(shù)要求)的時候發(fā)現(xiàn)一個正在冒煙的旁路濾波器，那么可以肯定地證明這是問題的原因，而不是其它潛在原因的證據(jù)。

可能的原因是電容在阻止某個頻率上噪聲的影響，但是卻沒有能夠保護時鐘器件不受噪聲的影響。

一個正確設計的終端電路由于采用了不合適的源驅動器件阻抗而變得不正確，是另外一個很好的例子。

通常，50Ω的終端阻抗和50Ω的傳輸線阻抗對于最高級別的信號完整性是正確的，但并不總是如此。

最直接的方法是調整電路的終端，但這會改變連接驅動和終端的傳輸線的阻抗。實際上，最明顯的原因經常和真正的原因相差很遠。

最好的解決方法是通過選用合適的驅動器從問題的根本原因上解決問題，而不是浪費大量時序來調試終端以求得一個能夠運行但并非最優(yōu)的結果。通過糾正根本原因，你還可糾正其它一些不會引起時序沖突但能夠破壞時序邊界的小問題。

我們必須注意到時鐘系統(tǒng)的故障不會由一個可很容易發(fā)現(xiàn)的單個原因引起的。一般這種故障是由好幾個稍微不常見的原因引起，這些原因會導致時序邊界越過限制。

例如，由非良好接地、不正確的旁路器件值以及不理想的走線拓撲導致的綜合效應將產生足夠噪聲，從而引發(fā)系統(tǒng)故障。使事情更加糟糕的是時鐘器件和設計的其他電路共享電源和地線平面。這樣，時鐘器件將受到它們所控制的系統(tǒng)環(huán)境的噪聲影響。毫無疑問，找到這些問題的根源是非常困難的。

時域的方法

出現(xiàn)問題的時候首先要察看時域信息。時序位置的不正確表現(xiàn)為波形偏斜和延遲，使時序與期望值出現(xiàn)有規(guī)律性或無規(guī)律性的不同。這主要有兩個根本原因：確定性抖動和隨機抖動噪聲。

確定性的抖動肯定可以找到根本原因。時序位置的偏移是規(guī)律性地出現(xiàn)，并且可以查找出來。通過讀出多模型分布測量(圖1)中峰值時間的偏移，通?？梢苑浅Ｑ杆俚卮_定干擾信號的頻率。找到頻率以后，距離找到真正的原因就僅有幾步之遙了。

隨機抖動的問題稍微有點麻煩，它可能來自于器件本身或者是從其他器件傳過來的。

頻域的方法

另一個尋找時鐘問題的角度是在頻域中尋找。在頻域中，我們同時觀察頻率及其周圍的能量分布。時鐘系統(tǒng)需要很快的上升時間以減少負載的轉換時間。這給時鐘信號的頻譜帶來許多奇次諧波。(一個具有無限快上升時間的純矩形波的頻譜是頻率基頻和所有奇次諧波之和)。

在頻域，我們正在尋找其它時鐘信號和所需時鐘頻率混合在一起的結果。

當時鐘互相調制在一起的時候會帶來四個混合部分：相加值，相減值以及兩個原始頻率。通常，干擾信號的頻率和所需信號的頻率離得很近，相加后的信號與相減后的信號也會如此。