信號(hào)抖動(dòng)的種類與測量

信號(hào)完整性分析基礎(chǔ)系列之五——抖動(dòng)的分類

胡為東 美國力科公司上海代表處

2009年6月

【摘要】
本文簡要介紹了信號(hào)抖動(dòng)在不同情況下的分類，如時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)分類，數(shù)據(jù)信號(hào)的抖動(dòng)分類以及這兩類抖動(dòng)之間的聯(lián)系，指出了實(shí)際抖動(dòng)測試過程中的注意事項(xiàng)，對(duì)抖動(dòng)分析測試有一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】
峰峰值抖動(dòng) 相位抖動(dòng) 周期抖動(dòng)固有抖動(dòng)隨機(jī)抖動(dòng)

一、峰峰值抖動(dòng)、均方根抖動(dòng)

過去多年來用于量化抖動(dòng)的最常用的方法是峰峰值抖動(dòng)（Peak-to-peak Jitter）和均方根抖動(dòng)（Root-Mean-Square Jitter,抖動(dòng)直方圖或者抖動(dòng)分布的1 或者RMS值）。但是由于隨機(jī)抖動(dòng)以及非固定抖動(dòng)的存在，使得抖動(dòng)的峰峰值隨著觀察樣本數(shù)量的增加而增加，因此說峰峰值抖動(dòng)參數(shù)用于衡量固有抖動(dòng)會(huì)很有效，但是衡量隨機(jī)性抖動(dòng)卻會(huì)出現(xiàn)很大誤差；相同的道理，由于固有抖動(dòng)及非高斯性抖動(dòng)和噪聲的存在，使得抖動(dòng)的直方圖或者分布圖不呈現(xiàn)完全的高斯分布，因此統(tǒng)計(jì)得到的抖動(dòng)的1σ或者RMS值不等于真實(shí)高斯分布的1 值。

峰峰值抖動(dòng)和均方根抖動(dòng)均是對(duì)某一類抖動(dòng)的統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)。

二、相位抖動(dòng)、周期抖動(dòng)、相鄰周期間抖動(dòng)

由于時(shí)鐘系統(tǒng)是數(shù)字電路系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一部分，直接決定了數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送和接收的成敗，是整個(gè)系統(tǒng)的主動(dòng)脈，因此時(shí)鐘的抖動(dòng)一直備受關(guān)注。描述時(shí)鐘系統(tǒng)的抖動(dòng)參量一般分為三類，即相位抖動(dòng)（Phase jitter）、周期抖動(dòng)(Period jitter)、相鄰周期間抖動(dòng)(Cycle to cycle jitter).

1、相位抖動(dòng)
在數(shù)字系統(tǒng)中，兩個(gè)邏輯電平之間的切換通常伴隨著快沿的出現(xiàn)，這些邊沿在時(shí)序上的不穩(wěn)定性就叫做相位抖動(dòng)（phase jitter,有時(shí)也叫累積抖動(dòng)，accumulated jitter，指實(shí)際邊沿位置與理想邊沿位置的偏差，以時(shí)間為單位，也可以換算成弧度，角度等）；相位抖動(dòng)是相位噪聲在數(shù)字域的等效體現(xiàn)，它是離散量，因此只有當(dāng)邊沿存在時(shí)候才有定義。

理想邊沿位置一般定義在數(shù)字信號(hào)一個(gè)比特位時(shí)間間隔的整數(shù)倍位置處。如下圖1所示為某一

不會(huì)直接使用時(shí)鐘的邊沿來保證時(shí)序關(guān)系，而是看周期的穩(wěn)定性，也就是周期的抖動(dòng)，有時(shí)候時(shí)鐘周期越長，可能帶來保持時(shí)間余量不足的問題，這個(gè)時(shí)候就需要測量周期抖動(dòng)；而相鄰周期間抖動(dòng)常?？梢杂脕砗饬繒r(shí)鐘分頻器的穩(wěn)定性?？傊@三種抖動(dòng)都是衡量時(shí)鐘本身性能的指標(biāo)，在不同的應(yīng)用背景下需要關(guān)注不同的指標(biāo)，通常時(shí)鐘芯片的手冊會(huì)給出對(duì)時(shí)鐘的抖動(dòng)指標(biāo)要求。