클럭 복원(Clock Recovery) — 고속 시리얼 신호 분석의 첫걸음
클럭 복원(Clock Recovery) 기능으로 고속 시리얼 신호 지터·아이 다이어그램 분석 | RIGOL Korea
클럭 복원(Clock Recovery) — 고속 시리얼 신호 분석의 첫걸음
USB, PCIe, 이더넷, 광통신처럼 별도의 클럭 신호선 없이 데이터만 전송되는 고속 시리얼 통신에서는, 클럭 정보가 데이터의 레벨 전이(transition) 안에 암묵적으로 숨어 있습니다. 오실로스코프가 이 신호에서 클럭을 정확히 뽑아내지 못하면 0/1 레벨 오판, 위상 어긋남이 생겨 지터 측정이나 아이 다이어그램 분석 자체가 의미를 잃습니다.
클럭 복원(Clock Recovery, CDR = Clock and Data Recovery)은 이 클럭을 데이터 스트림에서 추출하고, 그 타이밍을 기준으로 데이터를 다시 샘플링하는 과정입니다. RIGOL 오실로스코프는 신호 특성에 맞춰 고를 수 있는 4종 8가지 클럭 복원 방식을 제공합니다.
기능 요약
클럭 복원 테스트는 오실로스코프 기능 내비게이션에서 Signal Type → Threshold → CDR 순서로 설정합니다.
1. Signal Type — 신호 종류 선택
- NRZ: 가장 기본적인 2진 인코딩. 심볼당 1비트 전송. 온다이, 산업 제어 등 저속·근거리·고신뢰성 신호에 적합.
- PAM3: 3레벨 진폭 변조. 심볼당 약 1.58비트 전송, NRZ 대비 대역폭 효율 약 58% 향상.
- PAM4: 4레벨 진폭 변조. 심볼당 2비트 전송, NRZ 대비 대역폭 효율 2배. 광통신·데이터센터 등 초고속 구간에 적합.
2. Threshold — 임계값 설정
신호의 유효 엣지를 정확히 인식하려면 Middle Threshold(중간 임계값)와 Hysteresis Voltage(히스테리시스 전압) 설정이 핵심입니다. Middle Threshold는 복원된 클럭의 위상 정확도를 좌우하는 시간 기준점이고, Hysteresis Voltage는 미세한 노이즈를 유효 엣지로 오판하지 않도록 막는 완충 구간입니다.
NRZ 신호는 10/50/90%, 20/50/80%, 사용자 지정 %, 전압값 직접 지정, 중간값+히스테리시스 직접 지정까지 5가지 임계값 모드를 지원합니다. PAM3/PAM4는 다중 레벨 특성상 인접 레벨의 중간점을 쓰는 50% of levels 방식과 직접 지정하는 threshold+/-hysteresis 방식, 2가지를 지원합니다.
3. CDR — 클럭 복원 방식 설정
Constant Frequency(고정 주파수)
데이터 레이트를 Auto/Semi-Auto/Manual로 설정. 대부분의 일반 상황에 권장되는 기본값.
PLL(1차/2차/3차)
위상동기루프로 데이터 위상·주파수를 동적으로 추적. 변조가 있거나 지터가 큰 신호는 2차 PLL 권장. Loop Bandwidth, Damping Factor(기본 0.707), PLL Settling Time(기본 5T), PLL Idle Clock(기본 80 사이클) 등을 조정.
Explicit Clock(외부 클럭)
외부 고정밀 기준 클럭을 그대로 샘플링 기준으로 사용. Clock Multiplier로 배수 지정(예: 데이터 200MHz·외부 클럭 25MHz·Both 엣지 시 배수 4).
Explicit PLL
외부 클럭과 PLL 설정을 결합한 방식.
활용 사례
클럭 복원 기능은 아래와 같은 신호 무결성(SI) 검증 업무에서 아이 다이어그램 분석, 지터 측정, 지터 분해 측정의 전제 조건으로 쓰입니다.
- USB, PCIe 등 고속 버스 프로토콜 준수 시험 — 고주파 지터를 걸러내야 하는 상황에서 PLL 방식 활용
- 산업 제어, 온다이(On-die) 신호처럼 저속·근거리 NRZ 신호의 지터 분석 — 기본 Constant Frequency 방식 활용
- 광통신, 데이터센터 등 PAM4 신호의 아이 다이어그램 분석 — PAM 전용 Threshold/Level Setting 활용
- 외부 기준 클럭이 있는 소스 동기(source synchronous) 신호의 고정밀 시험 — Explicit Clock 방식 활용
실전 적용 예시
| 시나리오 | 복원 방식 | 핵심 설정 |
|---|---|---|
| 일반 NRZ 신호 | Constant Frequency | Threshold: 10/50/90% of top,base · Data Rate Method: Auto |
| 변조/지터가 있는 NRZ 신호 | Second Order PLL | Threshold: threshold+/-hysteresis(AutoSet) · Observed JTF · Loop Bandwidth Divisor 1666.67 · Damping Factor 0.707 |
| 외부 클럭이 있는 소스 동기 신호 | Explicit Clock | CH1=데이터, CH2=외부 클럭 · Clock Multiplier·Edge Direction은 실측 기준 |
| PAM4 신호(반자동) | Constant Frequency | Threshold: 50% of levels(PAM Auto Level) · Data/Symbol Rate 입력 |
※ RIGOL DS9000 시리즈(JITTA 옵션 장착) 기준 설정 예시입니다.
추천 대상
- USB, PCIe, 이더넷, 광통신 등 고속 시리얼 신호의 신호 무결성(SI)을 검증하는 하드웨어/검증 엔지니어
- 지터 측정, 지터 분해 측정, 아이 다이어그램 분석 업무를 담당하는 테스트 엔지니어
- 관련 대학원 연구자 및 품질보증(QA) 담당자
자주 묻는 질문
클럭 복원(Clock Recovery)이 왜 필요한가요?
USB, PCIe, 이더넷 등 대부분의 고속 시리얼 통신은 별도 클럭 신호선 없이 데이터 전이(transition) 안에 클럭 정보가 숨어 있습니다. 오실로스코프가 이 클럭을 정확히 복원하지 못하면 0/1 레벨 오판, 위상 어긋남이 생겨 지터 측정과 아이 다이어그램 분석 자체가 무의미해집니다.
Constant Frequency, PLL, Explicit Clock 중 무엇을 선택해야 하나요?
일반적인 신호는 기본값인 Constant Frequency로 충분합니다. 변조가 있거나 지터가 큰 복잡한 신호는 Second Order PLL을 권장하며, 외부 고정밀 기준 클럭이 이미 있는 소스 동기 신호라면 Explicit Clock 방식이 가장 정확합니다.
NRZ, PAM3, PAM4 신호는 어떻게 다른가요?
NRZ는 심볼당 1비트를 전송하는 기본 2진 인코딩이고, PAM3는 3레벨로 약 1.58비트(NRZ 대비 대역폭 효율 약 58% 향상), PAM4는 4레벨로 2비트(NRZ 대비 2배 효율)를 전송합니다. PAM4는 광통신·데이터센터 등 초고속 구간에 주로 쓰입니다.
PAM 신호는 NRZ와 임계값 설정이 다른가요?
네. NRZ는 10/50/90% 등 5가지 임계값 모드를 지원하지만, PAM3/PAM4는 다중 레벨 특성상 인접 레벨의 중간점을 쓰는 '50% of levels'와 직접 지정하는 'threshold+/-hysteresis' 2가지 방식을 지원합니다.