Как добавить контролируемое количество джиттера к сигналу

Фон

Я занимаюсь разработкой цифровых часов и схемы восстановления данных и сейчас перехожу к этапу оценки, уделяя основное внимание тестированию границ проекта и выявлению потенциальных сильных и слабых сторон. Важным показателем этой конкретной конструкции является допуск на дрожание в асинхронном входном сигнале. Чтобы оценить этот показатель, я имею в виду настройку теста, как показано ниже.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

проблема

Чтобы результаты тестирования были значимыми, желательно, чтобы джиттер имел следующие характеристики:

• Случайный или псевдослучайный
• Гауссово распределение
• Стандартное отклонение шума параметризовано и может быть сметено (JITTER CONTROL выше)

Это не кажется легким делом. Есть ли относительно простой способ ввести контролируемое количество джиттера в тестовую установку?

Что у меня пока

Я немного подумал и исследовал, и у меня есть два возможных способа реализовать это на аппаратном уровне.

1. Если тактовая частота передачи тестовой цепи значительно выше, чем у проверяемого устройства, то выходной сигнал может быть передискретизирован. Затем дополнительные выходные данные могут быть добавлены или удалены из выходных данных для введения дискретного количества дрожания. Этот джиттер не будет полностью гауссовским из-за шума квантования. Но если частота передискретизации тестовой схемы передачи данных достаточно высока, эта проблема может быть смягчена.
2. Тестовая установка Kubicek et al. (ниже) использует оптическую передачу с переменным аттенюатором для достижения желаемого эффекта. Для меня совершенно не очевидно, почему это позволило бы достичь вышеизложенного, но анализатор спектра должен быть в состоянии определить, работает ли он так, как задумано.

Я понимаю, что мой вопрос опускает много деталей о дизайне и настройке теста. Это намеренно, так как я хочу сделать это как можно более концептуальным и общим. Я хочу, чтобы это не стало постом, ориентированным на конкретный дизайн, в пользу создания поста с постоянными ссылками.

Одним из очевидных ответов является использование цифрового генератора сигналов для добавления контролируемого количества шума на управляющий вход ГУН.

Имейте в виду, что этот шумовой сигнал будет представлять собой мгновенную частотную ошибку, а не фазовую ошибку, которую вы обычно связываете с дрожанием, поэтому интегрируйте / дифференцируйте соответствующим образом.

Вы показываете отдельную схему, добавляющую джиттер к чистому сигналу, поступающему от тестового генератора. ГУН может быть частью ФАПЧ в этой отдельной цепи. ФАПЧ будет сохранять среднюю выходную частоту такой же, как и входная частота, но будет оказывать минимальное влияние на добавленный джиттер, пока его контур обратной связи имеет минимальное усиление на частоте джиттера.

Если вы намереваетесь генерировать больше, чем часть единичного интервала пикового джиттера, вам понадобится какое-то эластичное хранилище (FIFO) для хранения тестовых данных. Возможно, было бы проще просто использовать дрожащие часы для генерации данных.

Тестовая установка Kubicek et al. использует оптическую передачу с переменным аттенюатором для достижения желаемого эффекта. Для меня совершенно не очевидно, почему это позволило бы достичь

Ваш подразумеваемый вопрос: «Что происходит на рисунке 5 для создания управляемого случайного джиттера?».

Во-первых, следует понимать, что каждый оптический приемник вносит шум в принимаемый сигнал. Этот шум довольно точно моделируется как гауссовский случайный токовый шум. Ступень трансимпедансного усилителя (TIA) приемника естественным образом преобразует текущий шум в шум напряжения. Выход фотодиода / TIA - это аналоговый сигнал, пропорциональный оптическому входному сигналу, плюс добавленный шум, о котором мы только что говорили.

На чертеже скрыт усилитель-ограничитель для получения цифровых логических уровней с выхода TIA. Я предполагаю, что это происходит в буфере разветвления в нарисованной схеме. Когда вы применяете ограничивающий усилитель к шумовому входу, шум будет преобразован в джиттер, так как есть различие во времени, когда нарастающие и падающие фронты пересекают порог принятия решения. Это изменение синхронизации является джиттером и пропорционально шуму на входе и обратно пропорционально наклону краев (dV / dt).

Когда вы увеличиваете оптическое затухание, вы уменьшаете dV / dt, но вы не уменьшаете шум, поэтому вы увеличиваете дрожание.

О решении VCO

FM, указывающий ваш источник синхронизации (как предполагает ответ Дейва), вряд ли будет производить случайный гауссовский шум, как вы и просили в своем вопросе. Конечно, это не случайный шум, который не коррелируется от края к краю (случайный джиттер или «RJ»), который, кажется, является тем, что вам нужно, и тем, что вы получите от схемы Кубичека.

Это является метод хорошо , чтобы получить частоты стреловидности синусоидального джиттера (SJ) , который является еще одной спецификации вам нужно беспокоиться о том, когда характеризации CDR. На самом деле, по моему опыту, гораздо чаще встречается спецификация CDR по их толерантности к одночастотному синусоидальному джиттеру, чем по их устойчивости к некоррелированному гауссовскому случайному джиттеру.

Одна вещь, которую вы можете сделать, это реализовать версию схемы задержки, которая используется в DLL. Обычно это цепочка инверторов с истощением тока. Вам необходимо вывести ток питания из рельсов в устройство и ток питания из устройства (для симметрии подъема / спада) и иметь на выходе инвертор восстановления (без истощения тока).

Это также подражало бы наиболее распространенному источнику джиттера в источниках (частичное разрушение рельса и модуляция на выходе через транзисторы G_m).

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Источниками тока, управляемыми напряжением, могут быть транзисторы PMOS и NMOS, но на плате у вас есть другие варианты. Вы можете изменить количество ступеней, чтобы увеличить контроль напряжения задержки.

Чтобы противоречить самому себе, вы также можете просто управлять верхним источником, пока вы сохраняете количество ступеней задержки равным четному числу (будучи инверторами, они попеременно будут задерживать нарастание, а затем и спад). Тогда вам понадобится два преобразовательных преобразователя на выходе.

^{смоделировать эту схему}

Тем не менее, есть еще более простой способ, если вы просто хотите ввести шум по краям.

^{смоделировать эту схему}