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下冰雹 · 2023年09月01日

PCIe :3种参考时钟结构

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图1:参考时钟结构示意图

1、Common Refclk Architecture**

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Common Refclk Architecture,即同源参考时钟架构,PCIe收发设备共用一个时钟源,是目前是使用最为广泛的方案。

缺点:

对于适用同一 Common Clock 作为参考时钟的 PCIe 设备,所有设备间的时钟偏斜(Clock Skew)必须保持在一定范围内(有部分文章介绍是12ns,我目前还没找到数据来源),大型电路板设计或者跨板的PCIe设备布局布线存在很大挑战。

优点:

  • 收发侧的时钟抖动jitter都是相同的,因此便于跟踪和计算
  • 在此架构中,支持SSC功能,很容易达到600 ppm的指标
  • 即使收发端进入L0S和L1低功耗状态,refclk仍然是可用的,即使在缺少bit流提供数据边沿(in the absence of a bit stream to supply the edges in the data)的情况下,接收器的CDR仍然能够保持恢复时钟的平衡,有效阻止了本地PLL的偏移,相对于其他时钟方案,恢复到L0状态所需时间最少。

总结:Common Refclk Architecture 稳定性好,支持SSC,是目前应用最广泛的参考时钟方案,也是最推荐的设计方案。

2、Separate Refclk Architecture 

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Separate Refclk Architecture,即独立参考时钟架构,收发端采用独立的参考时钟。

优点:参考时钟独立,参考时钟不需要穿越背板和连接器,从而使PCB设计变得更为简单,使得架构更加的灵活。

缺点:接收侧观察到的时钟抖动(jitter)是两端参考时钟jitter的组合,并且不利于计算,使得参考时钟的设计更加严格。在此模式下,支持SSC模式对设计提出了更高的要求,例如物理层CDR设计更加复杂,物理层需要更大的缓存。

根据有无 SSC 可进一步分为 SRNS ( Separate Refclk with No SSC) 及 SRIS (Separate Refclk with Independent SSC)

SRNS:不使用SSC功能,时钟抖动更小,不需要额外加大弹性缓存(Elastic Buffer)的深度

SRIS: 使用SSC功能,能够有效减少电磁干扰(EMI),但是时钟抖动增加,需要额外加大弹性缓存(Elastic Buffer)的深度

相对于SRNS,SRIS:开启了SSC,接收侧观察到的时钟抖动会加大,因此发生SKP的频率会增加,因此在物理层需要加大弹性缓存(Elastic Buffer)的深度,用于消除开启SSC的负面影响。但是弹性缓存(Elastic Buffer)深度加大后,数据传输路径延时也增加了.

3、Data Clocked Refclk Architecture

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Data Clocked Refclk Architecture,即数据时钟参考时钟架构,仅发送端需要 Refclk,接收端无需外部 RefClk,接收端物理层从数据流中恢复出时钟提供给 CDR(Clock Data Recovery,时钟数据恢复)作为参考时钟。

Data Clocked Refclk Architecture在PCIe2.0中首次,PCIe3.0中保留了这项技术,但是在PCIe4.0又丢弃了。因此不推荐使用。

优点:

实现简单,Data Clock 时钟方案是三种方案中最易实现的方案,其无需外部参考时钟

缺点:PCIe4.0 没有保留此方案,不推荐使用。

参考资料:

[1]PCI Express Base Specification Revision 4.0 Version 1.0

[2]PCI Express Base Specification  Revision 3.0

[3]https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4ODAxMDQ4Mw==&mid=2652275087&idx=1&sn=49f476a3bdf2ce4ab7aa5b9ec25518c1&scene=19#wechat_redirect

[4]https://blog.csdn.net/weixin_40357487/article/details/123267953--图1来源

[5]MindShare PCI Express Technology 3.0

[6]https://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1685178611&ver=4554&signature=bb3hlR2dGL2tqQMDIoBpJ7WlsaqSoF5QVNTeyuwjXvKA8YAvpFgVDIqsEJymj0xjV-od1m-n4NHDxSj9zCoGlrgBmWFE8-PTFCldOaKG5nNUlTu6VrDQlPnp5PgfJhFz&new=1

作者:IC小鸽
文章来源:IC的世界

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