基于SERDES时钟的频率跟随的设计

前言
在很多无线或者有线的系统应用中，都需要器件的接收端能够和链路的发送端的频率做跟随。通常的实现方案都是通过将SERDES的恢复时钟引到芯片外部，然后通过一个cleanup PLL过滤抖动，然后同时再生出低相位抖动的跟随时钟，然后将此时钟作为SERDES的参考时钟。其典型场景如下：

图1 传统频率跟随方案

但这类解决方案，对于要求做频率跟随的接口非常多的应用如POS接口，显然是非常不合适的。XILINX的7系列SERDES发送侧的PI(Phase Interpolator)功能，给这类应用场景提供了非常完美的解决方案。

XILINX SERDES发送侧PI功能介绍

XILINX的7系列SERDES的发送方向的结构图如下：

图2 7系列SERDES发送方向结构图

这个PI模块能够根据要求对SERDES的发送串行时钟进行插相处理以达到对频率进行调整。利用这个功能，如果我们能以发送侧的时钟和接收端的恢复时钟的偏移作为依据，对SERDES的发送串行时钟进行调整，那么我们所需要的频率跟随功能就将实现。基本实现框图如下：

图3 XILINX 7系列SERDES的频率跟随方案基本框图

PICXO IP介绍

针对图2所示的系统结构，XILINX提供了一个完整IP解决方案，详细情况可以参阅XAPP589( )。PICXO IP的框图如下：

图4 PICXO 框图

PICXO IP的关键是其提供的DPLL功能。此IP提供了丰富的配置接口，方便用户生成自己需要的环路滤波带宽。也提供了Hold功能，以满足某些需要Holdover功能的场景应用。

图5 PICXO的配置接口

通过调整DPLL的参数（G1，G2，R，V，ACC_STEP，DIVCNT_TC），可以生成各种带宽的数字低通滤波器。下图就是各种配置下的抖动传递函数。

图6 PICXO的抖动传递函数

性能测试结果

采用XILINX 7系列SERDES提供的PI功能，能满足目前通讯应用中的大部分频率跟随应用。以常见的POS接口和OTUe2接口测试为例，其都能满足要求。下面的附图为OC-192的测试结果：

图7 PI功能演示图1

 

图8 PI功能演示图2

 

 

图9 OC-192应用下的发送抖动测试

 

 

图10 OC-192应用下的接收抖动容忍测试

 

 

图11 OC-192应用下的接收抖动传递函数测试

后记

得益于XILINX的QPLL和PI的优良性能，给大家在需要做频率跟随时提供了一个非常有竞争力的解决方案。成本，单板面积以及功耗都能面面兼顾。目前已经在大型设备商得到大规模应用。