扩频时钟简介.docx

SSC 是英文 SSC 是英文 Spread Spectrum Clocking 的缩写，中文意思为“扩频时钟”，当下的 绝大多数高速芯片，如 绝大多数高速芯片，如 PCIE、SATA、SAS、等都支持 SSC 功能。那么 SSC 究竟是 干什么的呢 SSC 的主要目的是减小 EMI 辐射。EMI 一直是高速系统设计的难点，在传统设计中，主要通过滤波、接地、屏蔽等方法来减小EMI 辐射，这些方法都是通过改变/切断 EMI 辐射路径来达到减小 EMI 辐射的目的，往往设计成本比较高，另外还有一种更好的治本方法，那就是在 EMI 源头上做文章，减小 EMI 的产生， SSC 技术就是其中一种。学过信号与系统课程的同学都知道，对于固定频率的时钟，所有能量都集中在其基频上，其频谱很窄，但幅度很高，对外辐射能量很大， 而对于频率变化的时钟，其能量会分散在一定频率范围上。 如上图所示，SSC 时钟频谱平均分布在一定范围内，幅度很小，不会产生太大的 EMI 辐射。 一般用扩展率 δ 来衡量时钟扩展的深度，假设扩展前时钟频率为 fc，频率扩展范围为 Δf，则有： 向下方向扩频率：δ = -Δf /fc *100% 中心方向扩频率：δ = ±1/2Δf/fc *100% 向**向扩频率：δ = Δf/fc*100% 扩频率不能太小，也不能太大，太小了达不到预期效果，太大了不能满足总线的时序要求，引起系统误码，大多数高速芯片的 SSC 扩频率在%左右。 扩频的方法如下：假设有某时钟 Y(t) = Asin2πfct，用 w(t)波形来对基频时钟进行扩频，则扩频后的时钟 Y’(t) = Asin2π(fc+w(t))t，未经扩频的时钟频谱是位于 fc 的一条谱线，幅度为:A2/2，由于该频谱只是一条谱线，其幅度与频谱带宽 B 无关。但是，扩频时钟的频谱幅度取决其带宽 B。由于扩频时钟的功率在 Δf 频带内分布相当均匀，其幅度为:A2B/(2Δf)，这样，我们可以得到 EMI 抑制率 S 为： S = 10log((A2/2)/( A2B/(2Δf))) = 10log(Δf/B)，单位为 dB。 SSC 的调制率通常用 fm 表示，也就是 w(t)的周期，在该周期内 SSC 时钟频率变化 Δf 并返回到初始频率。调制波形代表扩频时钟频率随时间的变化曲线， 通常为锯齿波，如下图所示。 SSC 的使用会影响到串行数据眼图的测量效果，因此在进行信号眼图测量验证时需要选择合适的锁相环。一阶 PLL 往往不能跟踪 SSC 带来的频率变化。测出来的眼图质量很差，而二阶 PLL 能很好的跟踪时钟频率的变化，所以在测试带 SSC 功能的 SerDes 眼图时，注意将 CDR 的 PLL 设为二阶。