前言
隨著SERDES應(yīng)用越來(lái)越多，速率也越來(lái)越高，SI的問(wèn)題漸漸變得越來(lái)越重要，它對(duì)PCB設(shè)計(jì)，SERDES參數(shù)優(yōu)化都有著非常重要的指導(dǎo)作用。而器件選型也往往以SI仿真開(kāi)始。

但是在仿真時(shí)，工具會(huì)讓用戶自己設(shè)置一些信息，比如抖動(dòng)，擺幅，預(yù)加重等等。擺幅和預(yù)加重之類都可以在手冊(cè)里找到。但抖動(dòng)的設(shè)置卻沒(méi)有一個(gè)明確的指導(dǎo)。而且不同抖動(dòng)設(shè)置的會(huì)得到完全不同的結(jié)果。所以錯(cuò)誤的設(shè)置往往會(huì)誤導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。特別在器件評(píng)估階段還會(huì)決定器件選型的成敗。

這篇短文就是給大家仿真中設(shè)置抖動(dòng)一個(gè)簡(jiǎn)單的指導(dǎo)。

抖動(dòng)
簡(jiǎn)單而言，抖動(dòng)就是信號(hào)的沿對(duì)理想位置偏移。在示波器上，如果沒(méi)有抖動(dòng)，我們可以看到信號(hào)沿應(yīng)該是一條清晰的線。但是由于抖動(dòng)的存在，我們?cè)谘厣峡吹降氖悄：囊黄?/p>

根據(jù)抖動(dòng)的特性及其形成原因，抖動(dòng)可以分成2種：隨機(jī)抖動(dòng)（RJ: Random Jitter）和確定抖動(dòng)（DJ： Deterministic Jitter）。

隨機(jī)抖動(dòng)RJ
隨機(jī)抖動(dòng)是由熱噪聲、散粒噪聲等隨機(jī)噪聲引起。它的分布符合高斯分布。由于高斯分布的尾部擴(kuò)展到無(wú)窮大，RJ的峰峰值沒(méi)有邊界。而RJ的均方根（RMS: Root Mean Square）收斂到高斯分布的寬度上。所以 隨機(jī)抖動(dòng)一般測(cè)量的都是其均方根值，以ps RMS或UI RMS為單位。

當(dāng)我們要在RMS和峰峰值間近似轉(zhuǎn)換時(shí)，就需要有一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)，它根據(jù)不同的誤碼率有對(duì)應(yīng)的值，如下表所示：

確定性抖動(dòng)DJ

確定性抖動(dòng)有3個(gè)基本的分類

數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)（DDJ： Data Dependent Jitter）

1. 占空比失真 （DDC：Duty Cycle Distortion）

2. 碼間干擾（ISI： Inter-Symbol Interference）

周期性抖動(dòng) （PJ： Periodic Jitter）

有界不相關(guān)抖動(dòng) （BUJ： Bounded Uncorrelated Jitter）

周期性抖動(dòng)PJ是在某個(gè)周期或頻率上重復(fù)出現(xiàn)的抖動(dòng)信號(hào)，相當(dāng)于對(duì)信號(hào)有一個(gè)調(diào)頻。所以會(huì)看到周期性地出現(xiàn)信號(hào)周期的變大和變小。

有界不相關(guān)抖動(dòng)BUJ主要是由電磁干擾（EMI）、串?dāng)_引起。其中串?dāng)_是BUJ的主要成因。由于串?dāng)_形成的隨機(jī)性，BUJ是有界的，但他和數(shù)據(jù)模式無(wú)關(guān)。順便說(shuō)一下，這個(gè)抖動(dòng)在接收側(cè)是無(wú)法補(bǔ)償?shù)模跍y(cè)試接收抖動(dòng)容忍度時(shí)，插入的就是BUJ。

數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)DDJ由于電或光系統(tǒng)的“記憶”效應(yīng)，當(dāng)前bit的跳變時(shí)刻會(huì)受到前面bit跳變時(shí)刻的影響而引入的。它和數(shù)據(jù)的模式（pattern）相關(guān)，其中和游程（Run Length）密切相關(guān)，另外一個(gè)是占空比失真。同時(shí)DDJ還和信號(hào)經(jīng)過(guò)的信道或媒質(zhì)的沖擊/階躍響應(yīng)有關(guān)。由于不同數(shù)據(jù)模式所帶不同的游程使得脈沖跳變沿不均勻，使得出現(xiàn)了ISI。最大的干擾來(lái)自于短脈沖和與其極性相反的長(zhǎng)脈沖之間的干擾，反之亦然。

確定性抖動(dòng)測(cè)量的是峰峰值，以ps或UI為單位。

為了方便理解，下面是抖動(dòng)的整個(gè)分類圖：

對(duì)于抖動(dòng)的詳細(xì)說(shuō)明，有很多資料可查，所以這里只是簡(jiǎn)單說(shuō)明一下，以方便理解后面的正題。

在XILINX的IBIS-AMI模型里對(duì)抖動(dòng)的處理如下：

1. PJ、DCD等DJ這些SERDES固有的抖動(dòng)元素在建模時(shí)都已經(jīng)包含在內(nèi)，所以在EDA/仿真工具里，所以相應(yīng)的值可以放心地設(shè)成0；

2. RJ是需要用戶自己設(shè)置的；

3. ISI和線路相關(guān)，所以在這個(gè)DJ元素會(huì)在仿真中體現(xiàn)，不需要在TX側(cè)設(shè)置（否則會(huì)重復(fù)計(jì)入）。

仿真中抖動(dòng)的設(shè)置

抖動(dòng)設(shè)置

在XILINX的每款芯片出來(lái)后，都會(huì)有特性報(bào)告。在仿真里，我們需要用的是Generic Characterization Report，因?yàn)檫@是大批量測(cè)試的結(jié)果。

在這里我們以ADS上仿真GTX為例做說(shuō)明，線速率是9.8304Gbps。

在仿真中，我們需要看TX信號(hào)經(jīng)過(guò)一段PCB走線后的眼圖。需要說(shuō)明一點(diǎn)的是，在ADS中，用bit-by-bit模式是符合仿真結(jié)果的。特別當(dāng)我們?cè)诰€路中間加上EYE_PROBE_DIFF時(shí)，STATISTIC模式的結(jié)果是不可用的。

接收側(cè)的模型是一個(gè)IDLE_RX。它沒(méi)有均衡設(shè)置，只相當(dāng)于是一個(gè)終端匹配。這樣是為了能夠客觀顯示遠(yuǎn)端眼圖，而不是經(jīng)過(guò)RX均衡后的眼圖。

從通道（包括FPGA封裝和PCB走線）的S參數(shù)看，在4.9152GHz上的插損是
1. 單端（紅色）： -6.5dB
2. 差分（黃色）： -5.1dB

從K7 GTX的Generic Characterization Report,我們可以看到發(fā)送側(cè)在9.8304Gbps速率下的發(fā)送抖動(dòng)。

表格中的RJ是峰峰值。

不管是TJ還是DJ, RJ， 都有MIN和MAX值。但不是簡(jiǎn)單的把DJMAX 和RJMAX簡(jiǎn)單相加就是TJMAX。這些都是各自的最大值，但不是最大DJ的通道有最大RJ。從表格里值簡(jiǎn)單相加也說(shuō)明不是這樣的。

所以我們?cè)谶x擇參數(shù)是，就選最大值MAX， 0.114 UI。

在ADS的設(shè)置里，RJ是RMS值。由于我們?cè)O(shè)置的誤碼率是1E-12， RJ需要除以系數(shù)14.069：
0.114/14.069 = 0.0081 UI

前面說(shuō)到，ISI的的原因是不均勻的脈沖沿經(jīng)過(guò)PCB走線后由于其“記憶”效應(yīng)導(dǎo)致。這是信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸線后的必然效應(yīng)。所以這個(gè)不能設(shè)置在發(fā)送側(cè)的DJ里，否則會(huì)重復(fù)計(jì)算ISI的值。

仿真結(jié)果
由于信號(hào)需要走一段PCB，我們?cè)诎l(fā)送側(cè)還設(shè)置了預(yù)加重。
TXPRECURSOR = 3 （0.68dB）
TXPOSTCURSOR = 8 （1.94dB）

下面是擺幅為677mV時(shí)的結(jié)果。

由于PCB板子的原因，遠(yuǎn)端眼圖的抖動(dòng)大于特性報(bào)告的值。這是可以理解的。

總結(jié)
在SERDES的仿真里，抖動(dòng)的正確設(shè)置至關(guān)重要。
在XILINX SERDES的IBIS-AMI模型里，已經(jīng)包括的DJ的主要要素，而ISI是信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸線引入的。所以在仿真時(shí)，DJ設(shè)成0， RJ則是SERDES的Generic Characterization Report的最大值以得最壞結(jié)果。