Mesures de quelques phénomènes électriques se produisant sur une
longue cascade de répéteurs d'horloge. (joli titre, n'est-ce pas ?)
longue cascade de répéteurs d'horloge. (joli titre, n'est-ce pas ?)
M Torres Aout 2008
Abstrait:
La carte est organisée en sept couches de 4 chips. Chaque couche répete l'horloge a la suivante, en y ajoutant ses imperfections de timing.
La 7e copie les cumule toutes. On s'intéresse a sa déviation de phase instantanée , qu'on mesure avec des moyens analogiques.
Elle provient de 4 mécanismes différents. Il y en surement plein d'autres, plus petits.
Mécanisme 1 :
La cascade de répéteurs d'horloge agit comme un modulateur de phase, commandé par l'ondulation résiduelle des convertisseurs 48V / 1.5V
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Bleu : ondulation résiduelle de l'alimentation 1.5 V
Jaune : phase du 250 MHz , 330 ps/div
Spectre de l'horloge modulée par les convertisseurs a 600kHz .:
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En fait il y a deux convertisseurs sur la carte, a des frequences voisines.
Chaque bande latérale contient deux raies, une pour chaque convertisseur:
Selon leurs phases les déviations s'ajoutent ou se retranchent a la cadence de leur différence, ici 7 kHz.
Pour le plus fort ( celui a 606 kHz ,-26 dBc) la déviation correspond a 65 ps pk-pk théoriques pour le fondamental seul.
Mécanisme 2 :
Quand survient la séquence load-reset, la consommation de la carte diminue d'une quinzaine d'Ampères.
Bleu ; SEN
Jaune : secousse importante sur l'alimentation 1.5V , mesurée en sortie d'un convertisseur.
330ps/div ,Bleu : SEN
Jaune : phase du 250 MHz , mesurée avec un mélangeur équilibré. vertical = 1 tour sur 4 divisions ~ 330ps/div au centre.
Ci dessous : la meme chose dans le domaine du temps, en version instantanée.
Mécanisme 3 :
Dérive d'origine thermique suite a un passage de static0 a static6 .
Bleu : 1A/div ,courant total de chauffage de la carte sous 48V
Jaune : 330 ps/div : Dérive de la position moyenne de la 7e copie de l'horloge sur 30 secondes.
Le saut initial est probablement un effet de la mesure (forme moyenne).
Mécanisme 4 :
Appel de courant interne au chip provoqué par le système de lecture des accumulateurs.
330ps/div ,
Bleu : Début de la sortie des données sur SDO
Jaune : Dérive instantanée de la 7e copie de l'horloge, 230ps/div
On peut distinguer la modulation de phase causée par les convertisseurs a 600kHz, de celle crée par le systeme de lecture.
A cette cadence le découplage local d'alimentation est efficace et rien n'est mesurable sur l'alimentation. La chute de tension intervient probablement entre le boitier et la puce.
Détail de la perturbation liée au chargement paralléle des 16 bits. Le saut est important (900ps).
Comme il se répete a la periode de 256ns, il donne un spectre de raies espacées de 3.906250 MHz dont on peut
voir une vingtaine ci dessous.
Conclusion
Chaque couche de chips ne recoit de données que de la précedente, ce qui fait que les fluctuations de timing a considérer à l'entrée de chaque chip ne sont que 1/7e de celles mesurées ici.
Les déviations de colonne a colonne sont tres corrélées, ce qui rend les effets largement différentiels meme pour les données diagonales. (par exemple ci dessous les colonnes 2 et 4).
Jaune : 330 ps/div