源同步(Source synchronous)時序協定在現代高速介面中發揮著關鍵的作用;本文將從時序角度來探討不同類型的源同步協議,以及它們所帶來的時序收斂方面的挑戰。

如圖1所示,在正向源同步時序協議中,會發送一個時脈作為基準來對發送的資料進行採樣;這可幫助接收器透過維持資料和輸入時脈訊號之間的偏置,來避免亞穩態(meta-stability)。

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圖1:源同步協定

但在某些情況下,資料接收端必須發送一個時脈以供資料發送端作為依據來發送資料;大量的往返時間使得頻率無法提高,正因如此,大多數發送端會隨資料發送另一個時脈/選通(strobe)以方便接收端採樣。發送器可透過兩種方式發送資料,我們將在這裡詳細討論。

發送器根據時脈發送輸出延遲資料

如圖2所示,在這種情況下,發送器會先保持資料然後再發送;儘管對於收發器而言這種做法無關緊要,但實際上要花不少工夫才能以快速流程、高電壓和低延遲溫度條件下保持資料。替代方案是在完成所需數位相位偏移後,使用更快的時脈邊緣(clock edge)來啟動資料。

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圖2:在下一邊緣對延遲資料進行採樣

發送器會在通常稱為輸出保持(tHO)的時間段後開始更改資料;發送器被允許在達到通常稱為資料有效輸出(tDVO)的時間前更改資料。在tDVO就達不到時脈採樣邊緣之後,資料重新變為有效且穩定。tDVO-tHO通常被稱為發送器的資料無效視窗(data invalid window),這是一部分可用的相移,允許更改資料。可用相移的剩餘部分稱為資料有效視窗(data valid window)。

請務必注意,透過保持資料,發送器已確保採樣邊緣位於有效視窗內;採樣邊緣前面的有效視窗部分被接收器用來匹配其擷取/採樣正反器(flop)的建立時間(setup time),並被稱為接收器的輸入建立時間。

採樣邊緣後面的有效視窗部分,能幫助匹配擷取觸發正反器的保持檢查(hold check)時間,並被稱為接收器的輸入保持時間(hold time)。因此,接收器必須對輸入時脈執行最少的調動,並且使輸入時脈的偏置與輸入資料匹配。

發送器根據時脈發送輸出偏置資料

我們來看看圖3中所示的其他可能性。發送器現在不再保持資料,而會將資料分散至發送給接收器的時脈;因此資料會在時脈邊緣的兩端發生偏置。考慮雙倍資料速率──或稱雙倍處發速率(double toggle rate)──的情況,如果接收器嘗試在下一個邊緣對該資料進行採樣,請注意tHO參數是負值,因此…

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圖3:在下一邊緣對偏置資料進行採樣

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