抖動(dòng)的概念和抖動(dòng)的測量方法

圖5 Jitter－時(shí)間曲線(xiàn)圖6 Jitter頻譜

3．眼圖
目前為止，眼圖仍然是分析數字通信過(guò)程中的一種定性而方便的方法，它可以同時(shí)給出傳輸的幅度信息和時(shí)間信息。將一系列波形的短段將疊加在一起，與額定邊沿位置和電壓電平對齊。一旦抖動(dòng)達到+-0.5UI，眼睛會(huì )閉上，接收機電路會(huì )出現誤碼。
需要注意的是在測量眼圖時(shí)使用的觸發(fā)源應該是有高頻率穩定度低Jitter的標準時(shí)鐘源，其指標直接影響到測量的精度。如果直接用測試信號的邊沿做觸發(fā)，需要示波器有時(shí)鐘恢復功能。

圖7數字信號的眼圖

四、時(shí)間抖動(dòng)的模型
為了更好的對jitter進(jìn)行描述，需要建立一套模型來(lái)分析不同情況下jitter的影響。根據產(chǎn)生jitter的原因不同，對jitter模型一般如下：

圖8Jitter模型

1．隨機抖動(dòng)（RJ，Random Jitter）
隨機抖動(dòng)是時(shí)間上的噪音，并沒(méi)有任何已知的模式。盡管在隨機過(guò)程的理論中，隨機抖動(dòng)可能有各種概率分布，但是jitter模型中通常假定為高斯正態(tài)分布。原因有兩個(gè)：第一，許多電路中，隨機噪聲的主要來(lái)源是熱噪聲，其具有高斯分布；第二，根據中心極限定律，許多獨立不相關(guān)噪聲源疊加后趨近于一個(gè)高斯分布。由于隨機抖動(dòng)滿(mǎn)足高斯分布，因此它的峰值是無(wú)界的。這是隨機抖動(dòng)區別于確定性抖動(dòng)的重要特征。
2．確定性抖動(dòng)（DJ，Deterministic Jitter）
相對于隨機抖動(dòng)，確定性抖動(dòng)（DJ）是可以重復和預測的時(shí)間抖動(dòng)，因此，DJ的峰峰值是有界的，而這個(gè)邊界的位置隨著(zhù)測量次數的增加可以逼近真實(shí)值。DJ又可以分成幾種，每種有自己的特點(diǎn)和背后對應的物理機制。
1)數據依賴(lài)型抖動(dòng)（DDJ，Data Dependent Jitter）
數據依賴(lài)型抖動(dòng)是和數據每一位內容相關(guān)的抖動(dòng)。通常產(chǎn)生DDJ的原因是數據流通過(guò)帶寬明顯受限的信道時(shí)，出現碼間干擾（ISI）而引起的。DDJ通常具有兩個(gè)分立脈沖形式的直方圖，并且兩個(gè)峰的高度相同（根據峰所處的位置又可以分成高概率DDJ和低概率DDJ）。
2)占空比失真抖動(dòng)（DCD，Duty Cycle Distortion）
占空比失真抖動(dòng)是當時(shí)鐘信號占空比不是50％時(shí)，由于過(guò)零點(diǎn)的位置不同所帶來(lái)的測量抖動(dòng)。其產(chǎn)生的原因有兩種，其一，信號上升沿的擺率和下降沿的擺率不同，其二，由于判決閾值偏高或偏低。DCD通常具有和DDJ類(lèi)似的兩個(gè)分立脈沖形式的直方圖，并且兩個(gè)峰的高度相同。
3)有界不相關(guān)抖動(dòng)（BUJ，Bounded Uncorrelated Jitter）
有界不相關(guān)抖動(dòng)是一類(lèi)在時(shí)間上不與jitter測量時(shí)刻相關(guān)，分布上有具有有界峰峰值的時(shí)間抖動(dòng)的統稱(chēng)。其來(lái)源通常有3種：電源噪聲。由于供電電源帶來(lái)的噪聲，可能會(huì )影響誤碼率；串擾和外部噪聲。由于傳輸過(guò)程中可能由相鄰傳輸線(xiàn)或外部電磁干擾引起的噪聲；周期性噪聲。由于各種周期性噪聲帶來(lái)的信號周期性抖動(dòng)（PJ，Period Jitter）。例如：開(kāi)關(guān)電源噪聲或測試時(shí)使用的周期信號。只有單一頻率成分的周期性抖動(dòng)（PJ）具有一個(gè)兩端為峰值中間凹陷形式的直方圖。
3．Jitter的分離
由于實(shí)際測試中，往往得到的復合時(shí)間抖動(dòng)是由以上兩種或幾種Jitter模型的組合。利用概率論的知識可以知道復合抖動(dòng)概率密度函數是組成該抖動(dòng)的各個(gè)隨機變量的概率密度函數的卷積。例如，一個(gè)DCD抖動(dòng)和一個(gè)隨機抖動(dòng)的概率密度函數是將隨機的高斯分布調制到DCD的兩個(gè)尖峰上。此外，對于周期性抖動(dòng)（PJ）不光有基波成分，往往還伴隨著(zhù)高次諧波。
五、時(shí)間抖動(dòng)的測量
下面我們對現有的Jitter測量技術(shù)做一下簡(jiǎn)單介紹。根據測試儀器和測試目的的不同，可以將直接測量技術(shù)分為兩大類(lèi)：一、以得到Jitter時(shí)域或頻域特征為目的的測量方法，如實(shí)時(shí)采樣示波器、等效采樣示波器、時(shí)間間隔測量?jì)x等；二、以得到Jitter統計特征為目的的測量方法，如誤碼率測量?jì)x、不含觸發(fā)或外時(shí)鐘模式下的時(shí)間間隔分析儀、帶有統計分析功能時(shí)示波器等?，F在有些儀器同時(shí)具有時(shí)頻測量和統計分析的功能，因此在Jitter測量中得到廣泛的使用。此外，還可以通過(guò)對相位噪聲的測量間接測量時(shí)間抖動(dòng)。如下我們介紹幾種常用的測試方法。
1．示波器測量Jitter
使用示波器測量信號的Jitter首先要求示波器有足夠的帶寬、信噪比、分辨率、時(shí)間準確度和信號保真度，以減少測量誤差帶來(lái)的影響。示波器內部往往采用軟件的時(shí)鐘恢復手段恢復出理想的邊沿時(shí)刻（當然也可以采用外接高品質(zhì)時(shí)鐘源觸發(fā)作為理想邊沿時(shí)刻），此時(shí)示波器就可以通過(guò)疊加生成眼圖。通過(guò)對眼圖的分析，從而得到Jitter的各種參數。
在使用示波器分析的時(shí)候，往往需要進(jìn)一步做Jitter分析，以得到誤碼的性質(zhì)。這時(shí)需要輸入數據流按一定規律重復發(fā)送（通常采用偽隨機序列發(fā)生器），以使DDJ成分的能量盡量集中。通過(guò)示波器采集到這樣的碼流波形后，就可以做如下分析。
1)通過(guò)采樣得到的數據進(jìn)行內插恢復出采樣波形，對于某個(gè)判決電平計算出每個(gè)邊沿的過(guò)判決時(shí)刻；
2)通過(guò)軟件金瑣相環(huán)的方法恢復出輸入信號的時(shí)鐘，并分別計算出每個(gè)邊沿的jitter大??；
3) 對于連1或連0等不存在邊沿的地方，通過(guò)線(xiàn)性?xún)炔宸ǖ玫綄腏itter；
4)對得到的Jitter－時(shí)間函數做FFT，得到Jitter的頻譜。
接下來(lái)就可以通過(guò)對Jitter頻譜的分析，找出對應的DCD、DDJ、PJ對應的峰值，以及RJ的底噪大小。然后分離出各個(gè)成分做IFFT就可以得到各個(gè)成分的Jitter－時(shí)間函數了。這里具體結果和FFT的分辨率、窗函數的選擇有很大關(guān)系。
目前許多示波器生產(chǎn)廠(chǎng)家提供了跟示波器配套的分析軟件，可以按一定模型對Jitter做有效地分解分析。