信號(hào)抖動(dòng)的分類與測(cè)量

信號(hào)抖動(dòng)   測(cè)量

ITU-T G.701標(biāo)準(zhǔn)對(duì)抖動(dòng)的定義為：“抖動(dòng)是指數(shù)字信號(hào)在短期內(nèi)重要的瞬時(shí)變化相對(duì)于理想位置發(fā)生的偏移”。

還有一個(gè)跟抖動(dòng)很類似的概念，即漂移。一般情況下，抖動(dòng)是指發(fā)生得比較快的定時(shí)偏差，而漂移是指發(fā)生的比較慢得定時(shí)偏差。ITU把漂移和抖動(dòng)之間的門限定義為10Hz，偏移頻率大于10Hz的叫抖動(dòng)，小于10Hz的叫做漂移。

抖動(dòng)可以分為隨機(jī)性抖動(dòng)(RJ)和確定性抖動(dòng)(DJ)，而確定性抖動(dòng)又可以分為周期性抖動(dòng)(PJ)、數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)(DDJ)和占空比抖動(dòng)(DCD)三種，如下圖所示：

縮略語(yǔ)：

TJ：Total Jitter 總抖動(dòng)
DJ：Deterministic Jitter 確定性抖動(dòng)
RJ：Random Jitter 隨機(jī)抖動(dòng)
PJ：Periodic Jitter 周期性抖動(dòng)
DDJ：Data Dependent Jitter 數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)
DCD：Duty Cycle Distortion 工作周期抖動(dòng)
TIE：Time Interval Error 時(shí)間區(qū)間誤差
RMS：Root Mean Square 均方根
ISI：Inter Symbol Interference 碼間干擾

1.隨機(jī)抖動(dòng)(RJ)

隨機(jī)抖動(dòng)產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，很難消除。器件的內(nèi)部熱噪聲，晶體的隨機(jī)振動(dòng)，宇宙射線等都可能引起隨機(jī)抖動(dòng)。

隨機(jī)抖動(dòng)滿足高斯分布，在理論上是無(wú)邊界的，只要測(cè)試的時(shí)間足夠長(zhǎng)，隨機(jī)抖動(dòng)也是無(wú)限大的。高斯分布概率密度函數(shù)圖形如下圖所示。

所以隨機(jī)抖動(dòng)的鋒-鋒值必須伴同誤碼率BER表示出來(lái)，RJRMS＝概率密度函數(shù)(pdf)的標(biāo)準(zhǔn)偏差:σ，隨機(jī)抖動(dòng)的鋒-鋒值RJpk-pk=N*σ,按不同的BER，N不同，如下圖所示：

2.確定性抖動(dòng)(DJ)

確定性抖動(dòng)不是高斯分布，通常是有邊際的，它是可重復(fù)可預(yù)測(cè)的。信號(hào)的反射、串?dāng)_、開關(guān)噪聲、電源干擾、EMI等都會(huì)產(chǎn)生DJ。DJ的概率密度函數(shù)圖形如下圖所示:

1).周期性抖動(dòng)(PJ)

以周期方式重復(fù)的抖動(dòng)稱為周期性抖動(dòng)，由于可以將周期波形分解為與諧波相關(guān)的正弦曲線的傅立葉級(jí)數(shù)，因此，這類抖動(dòng)有時(shí)也稱為正弦抖動(dòng)。周期抖動(dòng)與數(shù)據(jù)流中任何定期重復(fù)的碼型無(wú)關(guān)，周期抖動(dòng)一般是由耦合到系統(tǒng)中的外部確定的噪聲源引起的?？赡艿亩秳?dòng)源有：電源的EMI干擾與擴(kuò)頻時(shí)鐘SSC的調(diào)制信號(hào)。

2).數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)(DDJ)

DDJ一般是由于電纜或設(shè)備的帶寬限制及阻抗不匹配造成的。DDJ分為DCD和ISI兩種。

DCD值是相對(duì)于額定值50%的占空比偏差，一般分兩種情況：

①信號(hào)的上升沿和下降沿的斜率不同；

②信號(hào)DC平均值發(fā)生變化而導(dǎo)致波形的判決門限高/低于應(yīng)有值；

ISI又稱為DDJ數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)或PDJ碼型相關(guān)抖動(dòng)。

因?yàn)樽杩共黄ヅ鋵?dǎo)致信號(hào)發(fā)射。被發(fā)射的信號(hào)疊加在原信號(hào)上導(dǎo)致信號(hào)幅度增加而最終使轉(zhuǎn)換電平所耗費(fèi)的時(shí)間更多，從而產(chǎn)生抖動(dòng)。對(duì)經(jīng)常切換的“1,0,1,0…”高頻信號(hào)，其衰減比連續(xù)的“1,1,1,1,0,0,0,0…”低頻信號(hào)大。所以長(zhǎng)的連續(xù)不變碼會(huì)到達(dá)更高的電平，在跳變時(shí)需要更多的時(shí)間才能到達(dá)門限電平，導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)。因?yàn)檫@個(gè)抖動(dòng)的幅度與碼型相關(guān)，所以又稱碼型相關(guān)抖動(dòng)。

總抖動(dòng)鋒-鋒值：TJpk-pk=(N*RJRMS)+DJpk-pk

信號(hào)抖動(dòng)值的測(cè)量主要分為時(shí)鐘、并行總線和高速串行數(shù)據(jù)三大類。時(shí)鐘抖動(dòng)的測(cè)量指標(biāo)有：Period Jitter (周期抖動(dòng))，Cycle to Cycle Jitter (周期間抖動(dòng))，N-Cycle Jitter (N個(gè)周期后抖動(dòng))，TIE (時(shí)間間隔誤差)四種；并行總線以及其它所有的源同步數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)與時(shí)鐘相關(guān)抖動(dòng)的測(cè)量指標(biāo)有：Setup/Hold time jitter(建立/保持時(shí)間抖動(dòng))，Clk-out time jitter，Crossover Voltage Jitter(差分交點(diǎn)電壓抖動(dòng))三種；高速串行數(shù)據(jù)的抖動(dòng)測(cè)量主要PLL TIE。    

1).Period Jitter

周期性抖動(dòng)測(cè)量主要是針對(duì)時(shí)鐘信號(hào)，它測(cè)量實(shí)時(shí)時(shí)鐘的每一個(gè)周期，然后對(duì)實(shí)際時(shí)鐘周期進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最后根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)，給出該時(shí)鐘周期大小的分布規(guī)律，此測(cè)量將顯示信號(hào)的整體質(zhì)量。測(cè)量Period Jitter必須指定一定的采樣周期數(shù)，不同的周期數(shù)，抖動(dòng)的PK-PK值是不同的，JEDEC要求的采樣數(shù)最少為10000個(gè)。測(cè)量統(tǒng)計(jì)過(guò)程如下圖所示：

2).Cycle to Cycle Jitter

Cycle to Cycle Jitter 是測(cè)量任意兩個(gè)相鄰周期間信號(hào)的周期變化量，通周期性抖動(dòng)一樣，測(cè)量周期間抖動(dòng)也必須指定一定的周期數(shù)才能確定抖動(dòng)的鋒-鋒值，JEDEC中要求最少采樣1000個(gè)周期。測(cè)量統(tǒng)計(jì)過(guò)程如下圖所示：

3). N-Cycle Jitter