PCIe I/O时钟架构

 

 

导言：这篇为PCIe要提及的时钟类型作个小铺垫，可以大致作一个了解，想深入了解可以参考更加细致的文献。

 

三种基本的I/O架构

 

1• 通用时钟（Common Clock）

2• 前向时钟（Forward Clock）

3• 嵌入时钟（Embedded Clock）

 

•这些I/O架构用于需要不同级别I/O带宽的各种应用

•处理器可能具有这些I/O类型中的一种或全部

•通常，相同的电路可用于仿真不同的I/O方案以重复使用设计

 

通用时钟的I/O架构

 

•在原始计算机系统中常见

•同步系统(Synchronous system)

•通用总线时钟控制芯片到芯片的传输

•需要等长的走线路径，以最大程度地减少时钟偏斜

•数据速率通常限制在0〜100Mb（数据可能比较老）

 

通用时钟I/O循环时间

 

通用时钟I/O限制

 

•难以控制时钟偏斜和传播延迟

•需要严格控制绝对延迟以满足给定的周期时间

•对芯片上电路和电路板布线路径中的延迟变化很敏感

•由于片上延迟和片外延迟之间的相关性低，难以补偿延迟变化

•虽然通常用于片上通信，但应用的速度受限

 

前向时钟I/O架构

 

•通常作为高速传输中，TX芯片到RX芯片的前向参考时钟

•同步系统（Mesochronous system）

•用于处理器内存接口和多处理器通信

•英特尔QPI

•Hypertransport（HT总线）

•需要一个额外的时钟通道

•“相干”时钟可实现从低频到高频的抖动跟踪

•需要好的时钟接收放大器，因为前向时钟会被通道衰减

 

前向时钟I/O限制

 

•时钟偏斜会限制前向时钟I/O性能

•驱动能力和负荷失配

•互连长度不匹配

•低通通道导致抖动放大

•前向时钟的占空比变化

 

前向时钟I/O偏斜校正

 

•每通道偏移校正可显着提高数据速率

•采样时钟调整为输入数据眼的中心时钟

•实施

•延迟锁定环路和相位内插器

•注入锁定振荡器

•相位采集可以是

•基于BER的附加输入相位采样器

•基于相位检测器，并带有额外的输入相位采样器，定期打开电源

 

前向时钟I/O电路

 

•TX PLL

•TX时钟分配

•复制TX时钟驱动器

•通道

•前向时钟放大器

•RX时钟分配

•去偏斜电路

•DLL/PI

•注入锁定振荡器

嵌入式时钟I/O架构

 

•可用于同步或准同步系统(mesochronous or plesiochronous systems)

•从输入数据流中提取时钟频率和最佳相位

•持续运行的相位检测

•CDR实施(应用)(CDR:clock and data recovery)

•基于每个通道的PLL

•双环带全局PLL或

•本地DLL/PI

•本地相位旋转器PLL

 

嵌入式时钟I/O限制

 

•抖动跟踪受CDR带宽限制(clock and data recovery)

•技术扩展允许具有更高带宽的CDR，从而可以实现更高的频率抖动跟踪

•一般而言，实现前向时钟需要更多的硬件（注：原文是，Generally more hardware than forward clock implementations，我联系上下文自己翻译的，这里贴出来作为参考）

•额外的输入相位采样器

嵌入式时钟I/O电路

 

•TX PLL

•TX时钟分配

•CRD

•基于每个通道的PLL

•双环带全局PLL和

•本地DLL / PI

•本地相位旋转器PLL

•全局PLL需要将RX时钟分配给各个通道