信號(hào)抖動(dòng)的種類與測(cè)量

三、串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中抖動(dòng)的分類

在上一篇文章中，我們提到了串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中接收端芯片的工作原理以及TIE（Time Interval Error）抖動(dòng)的概念,即數(shù)據(jù)與時(shí)鐘之間的相對(duì)抖動(dòng)，而不是單純指數(shù)據(jù)本身或者時(shí)鐘本身的抖動(dòng)。那么如果我們假定時(shí)鐘邊沿位置（對(duì)于高速數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，或者叫異步系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該時(shí)鐘一般是恢復(fù)時(shí)鐘）為數(shù)據(jù)的理想邊沿，那么數(shù)據(jù)的TIE抖動(dòng)事實(shí)上就是前文中分析時(shí)鐘抖動(dòng)時(shí)的相位抖動(dòng)，唯一不同的是時(shí)鐘信號(hào)的相位抖動(dòng)在每一個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)有一個(gè)數(shù)值；而數(shù)據(jù)信號(hào)常常有很多個(gè)連零電平或者連1電平，無(wú)邊沿存在，因此也就沒(méi)有對(duì)應(yīng)的相位抖動(dòng)數(shù)值。所以為了分清這兩類抖動(dòng)的概念，我們姑且在本文中暫定義時(shí)鐘信號(hào)的相位抖動(dòng)叫相位抖動(dòng)；數(shù)據(jù)信號(hào)的相位抖動(dòng)就叫做TIE抖動(dòng)（時(shí)間間隔誤差）；

TIE抖動(dòng)是分析串行數(shù)據(jù)抖動(dòng)的最基本單位，數(shù)據(jù)信號(hào)的每一個(gè)邊沿位置都會(huì)有一個(gè)TIE抖動(dòng)值。一段很長(zhǎng)的串行數(shù)據(jù)一定會(huì)包含數(shù)個(gè)上升沿或者下降沿，如下圖所示：

如果將所有邊沿處的TIE抖動(dòng)做一個(gè)直方圖統(tǒng)計(jì)，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這些TIE值是具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的，如下圖所示分別為呈現(xiàn)高斯分布的TIE抖動(dòng)以及呈現(xiàn)雙峰分布的TIE抖動(dòng)：

呈現(xiàn)高斯分布的抖動(dòng)通常是由于熱噪聲等引起的，稱為隨機(jī)抖動(dòng)（Random Jitter）；呈現(xiàn)雙峰且將高斯曲線分成兩部分的雙峰之間的抖動(dòng)值稱為固有抖動(dòng)（Deterministic Jitter）;通常來(lái)說(shuō)抖動(dòng)成分主要是由隨機(jī)抖動(dòng)Rj和固有抖動(dòng)Dj構(gòu)成的，在之前的第二節(jié)我們有介紹到由于Rj的峰峰值是
****的，隨著累積樣本數(shù)的增加而增加，因此通常是用統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值（幾個(gè)sigma范圍內(nèi)的抖動(dòng)值）來(lái)衡量的；而Dj則是用峰峰值來(lái)衡量的。當(dāng)前大部分串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)量誤碼率為10e-12時(shí)的總體抖動(dòng)（Tj）大小，而通常直方圖+/-7 sigma以內(nèi)的數(shù)據(jù)樣本數(shù)才能達(dá)到10e+12。Tj就是衡量Dj與Rj的整體影響的抖動(dòng)術(shù)語(yǔ)。誤碼率為10e-12時(shí)的總體抖動(dòng)Tj=14Rj+Dj (Rj是指1sigma時(shí)的抖動(dòng)或者叫RMS抖動(dòng)；Dj是固有抖動(dòng)的峰峰值)

如果我們不用統(tǒng)計(jì)的方式來(lái)分析TIE抖動(dòng)，而是在一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間軸上來(lái)看所有的TIE抖動(dòng)值的變化趨勢(shì)，即用如Lecroy示波器中的參數(shù)track的功能，我們也同樣能夠看出TIE抖動(dòng)值的變化趨勢(shì)：

當(dāng)TIE的樣本積累很多時(shí)，我們也能夠觀察到TIE參數(shù)變化的趨勢(shì)，如下圖所示，

上圖藍(lán)色波形即為TIE抖動(dòng)參數(shù)的變化趨勢(shì)，呈現(xiàn)了周期性的變化，如果對(duì)其做FFT變換，會(huì)發(fā)現(xiàn)有周期性的頻譜成分，這類抖動(dòng)就稱為周期性抖動(dòng)（Pj），如下圖所示

周期性抖動(dòng)Pj為固有抖動(dòng)Dj的一部分，除此以外，還有和數(shù)據(jù)碼型相關(guān)的抖動(dòng)DDj（數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動(dòng)）；占空比失真引起的DCD抖動(dòng)；因數(shù)據(jù)碼型中0電平和1電平切換頻率不同導(dǎo)致的碼間干擾抖動(dòng)ISI(因?yàn)椴煌l率的信號(hào)經(jīng)過(guò)信道時(shí)衰減延遲是不一樣的);由于高次諧波以及串?dāng)_引起的抖動(dòng)，一般稱為OBUJ（其它的固有不相干抖動(dòng)），這類抖動(dòng)屬于固有抖動(dòng)成分，但是數(shù)值很小，很容易和隨機(jī)抖動(dòng)Rj混到一起，不易區(qū)分，Lecroy的NQ-SCALE方法能夠較好的區(qū)分出這類抖動(dòng)。
綜上所述，串行數(shù)據(jù)的總體抖動(dòng)Tj的構(gòu)成如下樹狀圖：

四、時(shí)鐘抖動(dòng)與數(shù)據(jù)抖動(dòng)的聯(lián)系

主要有如下幾點(diǎn)：
1、數(shù)據(jù)抖動(dòng)是以TIE抖動(dòng)作為基本單位展開分析的，根據(jù)抖動(dòng)的構(gòu)成成分，將一定誤碼率情況下（特定的樣本數(shù)量）的總體抖動(dòng)Tj分解為Dj，Rj，DDj，Pj等；因?yàn)閿?shù)據(jù)信號(hào)不具備如時(shí)鐘信號(hào)一樣的周期重復(fù)性，因此數(shù)據(jù)信號(hào)沒(méi)有周期抖動(dòng)、相鄰周期間抖動(dòng)的指標(biāo)。

2、高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一般要求在特定誤碼率情況下（如10e-12）的總體抖動(dòng)Tj，固有抖動(dòng)Dj，隨機(jī)抖動(dòng)Rj等指標(biāo)不能過(guò)大；而時(shí)鐘信號(hào)一般是芯片手冊(cè)給出要求，因此分析時(shí)鐘抖動(dòng)時(shí)需要多大的數(shù)據(jù)量則需要引起注意，不一樣的樣本數(shù)據(jù)量，測(cè)得的抖動(dòng)結(jié)果也會(huì)偏差很大。如果時(shí)鐘手冊(cè)給出的指標(biāo)非?？量蹋瑒t有可能是在1sigma范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)量進(jìn)行測(cè)量分析的（數(shù)據(jù)量小，所以抖動(dòng)也會(huì)小很多），參照?qǐng)D4。

3、時(shí)鐘的相位抖動(dòng)、周期抖動(dòng)、相鄰周期間抖動(dòng)也同樣可以作為基本單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同樣也可以設(shè)定特定樣本數(shù)據(jù)時(shí)的Tj，Dj，Rj以及相關(guān)的分解（數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動(dòng)ISI等不適用于時(shí)鐘抖動(dòng)，因?yàn)闀r(shí)鐘抖動(dòng)0電平和1電平的切換率是恒定的），以便分析抖動(dòng)的來(lái)源，但是如果用數(shù)據(jù)抖動(dòng)的分析軟件來(lái)分析時(shí)鐘抖動(dòng)的話一般只能分析相位抖動(dòng)，周期抖動(dòng)和相鄰周期間抖動(dòng)只能通過(guò)直方圖以及參數(shù)跟蹤的方法來(lái)分析。

4、時(shí)鐘芯片手冊(cè)或者其它芯片手冊(cè)中給出的時(shí)鐘抖動(dòng)指標(biāo)通常是某一類抖動(dòng)的峰峰值或者RMS值，也有要求總體抖動(dòng)Tj，Dj，Rj指標(biāo)的，給出這樣的指標(biāo)時(shí)我們一定得搞清楚這個(gè)指標(biāo)是對(duì)應(yīng)于多大的樣本數(shù)據(jù)量。