信號抖動(dòng)的種類(lèi)與測量

三、串行數據系統中抖動(dòng)的分類(lèi)

在上一篇文章中，我們提到了串行數據系統中接收端芯片的工作原理以及TIE（Time Interval Error）抖動(dòng)的概念,即數據與時(shí)鐘之間的相對抖動(dòng)，而不是單純指數據本身或者時(shí)鐘本身的抖動(dòng)。那么如果我們假定時(shí)鐘邊沿位置（對于高速數據鏈路系統，或者叫異步系統來(lái)說(shuō)，該時(shí)鐘一般是恢復時(shí)鐘）為數據的理想邊沿，那么數據的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)鐘信號的相位抖動(dòng)在每一個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì )有一個(gè)數值；而數據信號常常有很多個(gè)連零電平或者連1電平，無(wú)邊沿存在，因此也就沒(méi)有對應的相位抖動(dòng)數值。所以為了分清這兩類(lèi)抖動(dòng)的概念，我們姑且在本文中暫定義時(shí)鐘信號的相位抖動(dòng)叫相位抖動(dòng)；數據信號的相位抖動(dòng)就叫做TIE抖動(dòng)（時(shí)間間隔誤差）；

TIE抖動(dòng)是分析串行數據抖動(dòng)的最基本單位，數據信號的每一個(gè)邊沿位置都會(huì )有一個(gè)TIE抖動(dòng)值。一段很長(cháng)的串行數據一定會(huì )包含數個(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)直方圖統計，我們可能會(huì )發(fā)現這些TIE值是具有一定的統計規律的，如下圖所示分別為呈現高斯分布的TIE抖動(dòng)以及呈現雙峰分布的TIE抖動(dòng)：

呈現高斯分布的抖動(dòng)通常是由于熱噪聲等引起的，稱(chēng)為隨機抖動(dòng)（Random Jitter）；呈現雙峰且將高斯曲線(xiàn)分成兩部分的雙峰之間的抖動(dòng)值稱(chēng)為固有抖動(dòng)（Deterministic Jitter）;通常來(lái)說(shuō)抖動(dòng)成分主要是由隨機抖動(dòng)Rj和固有抖動(dòng)Dj構成的，在之前的第二節我們有介紹到由于Rj的峰峰值是
****的，隨著(zhù)累積樣本數的增加而增加，因此通常是用統計標準偏差值（幾個(gè)sigma范圍內的抖動(dòng)值）來(lái)衡量的；而Dj則是用峰峰值來(lái)衡量的。當前大部分串行數據標準要求測量誤碼率為10e-12時(shí)的總體抖動(dòng)（Tj）大小，而通常直方圖+/-7 sigma以?xún)鹊臄祿颖緮挡拍苓_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)

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

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

上圖藍色波形即為T(mén)IE抖動(dòng)參數的變化趨勢，呈現了周期性的變化，如果對其做FFT變換，會(huì )發(fā)現有周期性的頻譜成分，這類(lèi)抖動(dòng)就稱(chēng)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，還有和數據碼型相關(guān)的抖動(dòng)DDj（數據相關(guān)性抖動(dòng)）；占空比失真引起的DCD抖動(dòng)；因數據碼型中0電平和1電平切換頻率不同導致的碼間干擾抖動(dòng)ISI(因為不同頻率的信號經(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擾引起的抖動(dòng)，一般稱(chēng)為OBUJ（其它的固有不相干抖動(dòng)），這類(lèi)抖動(dòng)屬于固有抖動(dòng)成分，但是數值很小，很容易和隨機抖動(dòng)Rj混到一起，不易區分，Lecroy的NQ-SCALE方法能夠較好的區分出這類(lèi)抖動(dòng)。
綜上所述，串行數據的總體抖動(dòng)Tj的構成如下樹(shù)狀圖：

四、時(shí)鐘抖動(dòng)與數據抖動(dòng)的聯(lián)系

主要有如下幾點(diǎn)：
1、數據抖動(dòng)是以TIE抖動(dòng)作為基本單位展開(kāi)分析的，根據抖動(dòng)的構成成分，將一定誤碼率情況下（特定的樣本數量）的總體抖動(dòng)Tj分解為Dj，Rj，DDj，Pj等；因為數據信號不具備如時(shí)鐘信號一樣的周期重復性，因此數據信號沒(méi)有周期抖動(dòng)、相鄰周期間抖動(dòng)的指標。

2、高速串行數據標準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，隨機抖動(dòng)Rj等指標不能過(guò)大；而時(shí)鐘信號一般是芯片手冊給出要求，因此分析時(shí)鐘抖動(dòng)時(shí)需要多大的數據量則需要引起注意，不一樣的樣本數據量，測得的抖動(dòng)結果也會(huì )偏差很大。如果時(shí)鐘手冊給出的指標非?？量?，則有可能是在1sigma范圍內的數據量進(jìn)行測量分析的（數據量小，所以抖動(dòng)也會(huì )小很多），參照圖4。

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)行統計分析，同樣也可以設定特定樣本數據時(shí)的Tj，Dj，Rj以及相關(guān)的分解（數據相關(guān)性抖動(dòng)ISI等不適用于時(shí)鐘抖動(dòng)，因為時(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，但是如果用數據抖動(dòng)的分析軟件來(lái)分析時(shí)鐘抖動(dòng)的話(huà)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)直方圖以及參數跟蹤的方法來(lái)分析。

4、時(shí)鐘芯片手冊或者其它芯片手冊中給出的時(shí)鐘抖動(dòng)指標通常是某一類(lèi)抖動(dòng)的峰峰值或者RMS值，也有要求總體抖動(dòng)Tj，Dj，Rj指標的，給出這樣的指標時(shí)我們一定得搞清楚這個(gè)指標是對應于多大的樣本數據量。