使用 SSCTrack 函數解調串行數據擴頻時鐘信號
引言
器件和系統時鐘通常以固定頻率運行，這可能會導致在時鐘頻率處產生電磁干擾，進而引發串擾并耦合至鄰近信號路徑。擴頻時鐘（SSC）技術通過對信號進行頻率調制，使設備能夠降低輻射。調制會將載波能量分散至更寬的頻率范圍，從而降低峰值功率。因此，監管當前高速串行數據標準（如 PCI Express 和 Serial ATA）的相關組織要求設備必須支持 SSC 功能，以確保符合規范。由于 SSC 涉及隨時間變化的頻率偏移，其調制特性的驗證和調試歷來較為復雜。通過使用SSCTrack函數，示波器能夠解調串行數據信號的擴頻調制，并以頻率隨時間變化的同步時域圖形顯示從載波中分離出的SSC調制波形。
SSC頻率調制率與SSC頻率偏移的定義
SSC頻率調制率（或SSC頻率）通常設定在30至33 kHz的固定頻率范圍內，并施加于高速串行數據的時鐘信號上。例如，16 Gbps的串行數據信號可能具有31 kHz的SSC調制頻率。該低頻SSC調制用于避免音頻帶解調，并最大限度地減少系統時序偏差。
SSC頻率偏移是指相對于標稱高速串行數據速率的向下展頻，表示SSC頻率變化的幅度，即高速串行數據標稱速率的降低量。
圖1：SSC頻率調制率與SSC頻率偏移
步驟1：計算串行數據平均頻率
串行數據平均頻率等于串行數據標稱頻率減去SSC頻率偏移的一半。
例如，對于PCI Express 4.0串行數據信號，其比特率為16 Gbps，采用三角波SSC，調制頻率為31 kHz，頻率偏移范圍為0 ppm至-4.8 kppm。
比特率為16E+9（串行數據標稱頻率），下展頻頻率偏移為4800E-6，計算得(16E+9)×(4800E-6) = 76.8E6，即76.8 MHz的頻率偏移。
因此，平均頻率為標稱頻率減去頻率偏移的一半，即16 GHz – (0.5 × 76.8 MHz) = 15.9616 GHz。
圖2：串行數據平均頻率等于串行數據標稱頻率減去SSC頻率偏移的一半
步驟 2：采集串行數據信號波形
采集信號時，確保采用最佳采樣率和垂直刻度（V/div）設置。例如，對于16 Gbps的串行數據信號，應使用160 GS/s的采樣率。將輸入通道的垂直刻度調整至波形垂直方向占滿大部分網格，以最大化動態范圍。對于使用線纜采集的差分信號，應分別調整每個單端輸入的垂直刻度，使其垂直方向占滿大部分網格，同時調整差分波形的垂直刻度，使其同樣占滿大部分網格。
如圖3所示，輸入信號為400 mV幅度、16 Gbps的PRBS 23波形，帶有31 kHz的SSC調制，向下擴頻至-4.8kppm。示波器采樣率為160 GS/s，垂直刻度設為55 mV/div，波形在垂直方向上占滿大部分網格。
圖3：采集的信號為帶有31 kHz SSC調制、向下擴頻-4.8kppm的16 Gbps差分波形
步驟3：應用絕對值函數
使用運算函數，將
絕對值函數應用于差分串行數據信號波形，將絕對值函數的向下脈沖縮放，使其在垂直方向上填滿大部分網格，如圖4所示。
圖4：差分波形的絕對值應顯示為向下脈沖
步驟4：配置SSCTrack運算函數
使用運算函數，將SSCTrack應用于絕對值函數。
將平均頻率設置為步驟1中計算的值。
LPF通帶寬度、LPF轉換寬度及帶寬均設置為2 MHz。建議采用750倍抽取和20 MHz/格的時間刻度。
將示波器時間基準設置為至少20微秒/格，并重新采集波形。SSC調制輪廓應如圖5所示。
圖5：SSCTrack運算符顯示擴頻調制輪廓
SSC 驗證示例：
如圖6所示，可直接對 SSCTrack 波形進行測量。通過對 SSCTrack 應用頻率和峰峰值測量參數，可確認 SSC 頻率及頻率偏移的數值。
圖6：通過對 SSCTrack 的測量驗證 SSC 頻率和頻率偏移
SSC 調試示例：
圖7所示的是實際 Serial ATA 2i 信號存在顯著抖動問題，以下調試步驟用于定位問題根源。該信號比特率為3.0 Gbps，采用三角波 SSC ，調制頻率為31.8 kHz，頻率偏移范圍為0 ppm至-4.8 kppm。 比特率為3E+9，向下擴頻的頻率偏移為4800E-6，計算得 (3E+9)×(4800E-6) = 14.4E6，即14.4 MHz的頻率偏移。因此，平均頻率等于標稱頻率減去頻率偏移的一半，即 3 GHz – (0.5 × 14.4 MHz) = 2.9928 GHz。
圖7中的SSCTrack波形顯示出異常的階梯狀SSC調制輪廓。對波形進行解調并繪制頻率-時間曲線后發現，SSC調制輪廓并非平滑的三角形，而是出現了意外的鋸齒狀且不規則的SSC調制形態。本例中，抖動問題是由被測設備內數字編碼器固件錯誤引起，我們通過SSCTrack迅速定位了根本原因。
圖7：SSCTrack發現數字編碼器故障
結論：
通過將SSCTrack運算函數應用于差分串行數據信號波形的絕對值，可實現SSC性能驗證，生成以時間為橫軸、頻率為縱軸的曲線。該頻率-時間調制曲線不僅可用于驗證SSC調制的形狀、頻率及偏移，還能用于SSC調制錯誤的調試與根源分析。