數字示波器抖動(dòng)噪聲基底和時(shí)基抖動(dòng)、垂直噪聲的關(guān)系

數字示波器的抖動(dòng)噪聲基底(Jitter Noise Floor)指標經(jīng)常被誤會(huì )和誤用，因此我們認為有必要澄清抖動(dòng)噪聲基底指標到底是什么含義，從而使用戶(hù)能準確地評估儀器的具有的抖動(dòng)測量能力。數字示波器抖動(dòng)噪聲基底和時(shí)基抖動(dòng)、垂直噪聲有什么關(guān)系？
 
讓我們先直接來(lái)說(shuō)明這些術(shù)語(yǔ)的含義吧。 抖動(dòng)噪聲基底是示波器本身對抖動(dòng)測量結果貢獻的整體噪聲，它經(jīng)常被標定為統計結果，用有效值或標準偏差值（在平均值為零時(shí)，標準偏差值和有效值相同）來(lái)表示。如果抖動(dòng)噪聲基底遠小于您希望測量的信號抖動(dòng)，那么示波器是您測量該抖動(dòng)的正確儀器，相反，如果抖動(dòng)噪聲基底高于您希望測量的抖動(dòng)，那么示波器就不是合適的儀器。時(shí)基抖動(dòng)（timebase jitter）是抖動(dòng)噪聲基底的一部分，它源于示波器的時(shí)基(clock)的抖動(dòng)，即輸入信號在被采樣的時(shí)間上的抖動(dòng)。
 
抖動(dòng)噪聲基底的另外一部分來(lái)自于示波器的垂直噪聲（vertical noise）。抖動(dòng)測量是基于信號與某閾值的交叉點(diǎn)的時(shí)刻與理想中它應該和某閾值交叉點(diǎn)的時(shí)刻進(jìn)行比較后的結果。垂直噪聲帶來(lái)了測量的誤差，看起來(lái)是添加了更多的抖動(dòng)。誤差的大小取決于噪聲的大小以及信號在閾值位置的轉換速率（斜率）。更大的噪聲意味著(zhù)更大的抖動(dòng)。更快的斜率意味著(zhù)更小的抖動(dòng)。圖1說(shuō)明了垂直噪聲如何轉換為抖動(dòng)。等式（1）說(shuō)明了如何基于垂直噪聲的標準偏差和信號的斜率來(lái)計算垂直噪聲帶來(lái)的抖動(dòng)。

 

 
抖動(dòng)噪聲基底是時(shí)基抖動(dòng)和垂直噪聲引起的抖動(dòng)的有效值之和。等式（2）說(shuō)明了它們之間的關(guān)系。當垂直噪聲等于零或者斜率無(wú)窮大時(shí)，抖動(dòng)噪聲基底等于時(shí)基抖動(dòng)。圖2表示了抖動(dòng)噪聲基底，時(shí)基抖動(dòng)和垂直噪聲在不同斜率時(shí)引起的抖動(dòng)之間的關(guān)系（圖表中是假設正弦信號滿(mǎn)柵格，信噪比為36dB）。
 

 

 
 
如前所述，抖動(dòng)噪聲基底取決于示波器的垂直噪聲，輸入信號的斜率和示波器的時(shí)基抖動(dòng)。當比較示波器的抖動(dòng)性能時(shí)，非常重要的一點(diǎn)是要理解抖動(dòng)噪聲基底或時(shí)基抖動(dòng)是否被正確地標定了。如果對抖動(dòng)噪聲基底進(jìn)行標定，您還需要知道垂直噪聲和相應的信號斜率。當決定是否可以用某款示波器測量您的DUT的抖動(dòng)，您需要計算對于您特定設置下的抖動(dòng)噪聲基底。為此，測量示波器的噪聲的標準偏差（將示波器設置為您將要測量自己的DUT的抖動(dòng)的狀態(tài)，去掉信號，測定stdev值），估計信號的斜率（有些示波器有斜率測量參數），計算垂直噪聲引起的抖動(dòng)大小。 datasheet中的抖動(dòng)噪聲基底一般是基于經(jīng)常用到的斜率/噪聲測量到的，如果由于垂直噪聲引起的抖動(dòng)大于datasheet中的值，您應當使用您自己的抖動(dòng)噪聲基底。