抖动测量与分析

一、时钟抖动

时钟是广泛用于计算机、通讯、消费电子产品的元器件，包括晶体振荡器和锁相环，主要用于系统收发数据的同步和锁存。如果时钟信号到达接收端时抖动较大，可能出现：并行总线中数据信号的建立和保持时间余量不够、串行信号接收端误码率高、系统不稳定等现象，因此时钟抖动的测量与分析非常重要。 1、时钟抖动的分类

时钟抖动通常分为时间间隔误差（Time Interval Error，简称TIE），周期抖动（Period Jitter）和相邻周期抖动（cycle to cycle jitter）三种抖动。

TIE又称为phase jitter，是信号在电平转换时，其边沿与理想时间位置的偏移量。理想时间位置可以从待测试时钟中恢复，或来自于其他参考时钟。Period Jitter是多个周期内对时钟周期的变化进行统计与测量的结果。Cycle to cycle jitter是时钟相邻周期的周期差值进行统计与测量的结果。 2、时钟抖动的测量

对于每一种时钟抖动进行统计和测量，可以得到其抖动的峰峰值和RMS值（有效值），峰峰值是所有样本中的抖动的最大值减去最小值，而RMS值是所有样本统计后的标准偏差。

3种时钟抖动可以调用示波器的抖动包中的TIE、Period和Cycle to cycle函数进行测试。 3、时钟抖动的应用范围

在三种时钟抖动中，在不同的应用范围需要重点测量与分析某类时钟抖动。TIE抖动是最常用的抖动指标，在很多芯片的数据手册上通常都规定了时钟TIE抖动的要求。对于串行收发器的参考时钟，通常测量其TIE抖动。在并行总线系统中，通常重点关注Period Jitter和Cycle to cycle jitter。 4、时钟抖动的分析

在时钟抖动测量时，可以在三个域分析抖动，即在时域分析抖动追踪（jitter track/trend）、在频域观察抖动的频谱、在统计域分析抖动的直方图。

二、串行数据抖动

1、数据抖动的分类和来源

业界通常把串行数据的抖动分解为：

TjRjDjDDjBounded uncorrelated jitterDCDISIPjOther Buj 抖动测量的参数及意义： 测量参数 意义 Tj 在特定BER下的总抖动。 Dj 固有抖动，是总抖动的峰－峰非随机部分。该参数是所测得的周期性抖动（Pj）和数据相关性抖动（DDj）之和。Dj 的最常见原因，包括反射、串音、开关噪声以及电磁干扰EMI。 Pj 周期性抖动（有时称为‘正弦抖动’）是由与数据信号不相关的原因引起的抖动。该Dj组件来自于相邻的电路，例如电源噪声、片上振荡器、数据总线等，我们可以观测其抖动频率成分，再根据其抖动频率成分找到抖动源，采取相应措施减少抖动。 DDj 数据相关抖动是数据码型本身相关的峰－峰值抖动。 ISI 码间干扰抖动，主要是指和数据跳变序列相关的系统影响导致的抖动。 DCD 占空比失真是在所捕获的波形中测量所有脉冲得到的正向脉冲（低－高－低）和负向脉冲（高－低－高）之间的宽度的平均差。宽度是在特定的TIE 下的相同幅值（不必非是信号幅值的50%）处测得的。 Rj 随机抖动被认为是服从高斯分布并且是无界的，Rj的主要来源是热噪声，Rj（随机抖动）＝(Tj - Dj)/N，N 是相对应所选BER（或者置信区间）的标准偏差的数量。 Obuj 其它的固有不相干抖动，主要是由于信号的高次谐波分量以及临近信号线上的串扰引起的。 2、数据抖动测量与分析 在力科SDA系列示波器中使用了‘normalized Q-scale method’（简称NQ-Scale方法）来求解Tj。而Tj分解为固有抖动Dj和随机抖动Rj时，力科SDA提供了三种抖动分解方法，分别为conventional、effective、MJSQ。

Conventional方法可以计算出DDj、Pj、DCD、ISI，可以计算出Pj的来自于哪些频率，对于串行信号的分解和调试非常实用。Effective和MJSQ方法只能得到Tj、Dj和Rj，不能把Dj进一步分解。Effective方法采用与BERT相似的方法来计算Dj和Rj，测量结果可以与BERT做对比。

三、时钟抖动与数据抖动的联系

1、数据抖动是以TIE抖动作为基本单位展开分析的，根据抖动的构成成分，将一定误码率情况下（特定的样本数量）的总体抖动Tj分解为Dj，Rj，DDj，Pj等；因为数据信号不具备如时钟信号一样的周期重复性，因此数据信号没有周期抖动、相邻周期间抖动的指标。

2、高速串行数据标准一般要求在特定误码率情况下（如10e-12）的总体抖动Tj，固有抖动Dj，随机抖动Rj等指标不能过大；而时钟信号一般是芯片手册给出要求，因此分析时钟抖动时需要多大的数据量则需要引起注意，不一样的样本数据量，测得的抖动结果也会偏差很大。如果时钟手册给出的指标非常苛刻，则有可能是在1sigma范围内的数据量进行测量分析的（数据量小，所以抖动也会小很多）。

3、时钟的相位抖动、周期抖动、相邻周期间抖动也同样可以作为基本单位进行统计分析，同样也可以设定特定样本数据时的Tj，Dj，Rj以及相关的分解（数据相关性抖动ISI等不适用于时钟抖动，因为时钟抖动0电平和1电平的切换率是恒定的），以便分析抖动的来源，但是如果用数据抖动的分析软件来分析时钟抖动的话一般只能分析相位抖动，周期抖动和相邻周期间抖动只能通过直方图以及参数跟踪的方法来分析。

4、时钟芯片手册或者其它芯片手册中给出的时钟抖动指标通常是某一类抖动的峰峰值或者RMS值，也有要求总体抖动Tj，Dj，Rj指标的，给出这样的指标时我们一定得搞清楚这个指标是对应于多大的样本数据量。