信號抖動的種類與測量

三、串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中抖動的分類

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）抖動的概念,即數(shù)據(jù)與時鐘之間的相對抖動，而不是單純指數(shù)據(jù)本身或者時鐘本身的抖動。那么如果我們假定時鐘邊沿位置（對于高速數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，或者叫異步系統(tǒng)來說，該時鐘一般是恢復時鐘）為數(shù)據(jù)的理想邊沿，那么數(shù)據(jù)的TIE抖動事實上就是前文中分析時鐘抖動時的相位抖動，唯一不同的是時鐘信號的相位抖動在每一個時鐘周期都會有一個數(shù)值；而數(shù)據(jù)信號常常有很多個連零電平或者連1電平，無邊沿存在，因此也就沒有對應的相位抖動數(shù)值。所以為了分清這兩類抖動的概念，我們姑且在本文中暫定義時鐘信號的相位抖動叫相位抖動；數(shù)據(jù)信號的相位抖動就叫做TIE抖動（時間間隔誤差）；

TIE抖動是分析串行數(shù)據(jù)抖動的最基本單位，數(shù)據(jù)信號的每一個邊沿位置都會有一個TIE抖動值。一段很長的串行數(shù)據(jù)一定會包含數(shù)個上升沿或者下降沿，如下圖所示：

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

呈現(xiàn)高斯分布的抖動通常是由于熱噪聲等引起的，稱為隨機抖動（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值稱為固有抖動（Deterministic Jitter）;通常來說抖動成分主要是由隨機抖動Rj和固有抖動Dj構成的，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)計標準偏差值（幾個sigma范圍內(nèi)的抖動值）來衡量的；而Dj則是用峰峰值來衡量的。當前大部分串行數(shù)據(jù)標準要求測量誤碼率為10e-12時的總體抖動（Tj）大小，而通常直方圖+/-7 sigma以內(nèi)的數(shù)據(jù)樣本數(shù)才能達到10e+12。Tj就是衡量Dj與Rj的整體影響的抖動術語。誤碼率為10e-12時的總體抖動Tj=14Rj+Dj (Rj是指1sigma時的抖動或者叫RMS抖動；Dj是固有抖動的峰峰值)

如果我們不用統(tǒng)計的方式來分析TIE抖動，而是在一個很長的時間軸上來看所有的TIE抖動值的變化趨勢，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抖動值的變化趨勢：

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

上圖藍色波形即為TIE抖動參數(shù)的變化趨勢，呈現(xiàn)了周期性的變化，如果對其做FFT變換，會發(fā)現(xiàn)有周期性的頻譜成分，這類抖動就稱為周期性抖動（Pj），如下圖所示

周期性抖動Pj為固有抖動Dj的一部分，除此以外，還有和數(shù)據(jù)碼型相關的抖動DDj（數(shù)據(jù)相關性抖動）；占空比失真引起的DCD抖動；因數(shù)據(jù)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ISI(因為不同頻率的信號經(jīng)過信道時衰減延遲是不一樣的);由于高次諧波以及串擾引起的抖動，一般稱為OBUJ（其它的固有不相干抖動），這類抖動屬于固有抖動成分，但是數(shù)值很小，很容易和隨機抖動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。
綜上所述，串行數(shù)據(jù)的總體抖動Tj的構成如下樹狀圖：

四、時鐘抖動與數(shù)據(jù)抖動的聯(lián)系

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

2、高速串行數(shù)據(jù)標準一般要求在特定誤碼率情況下（如10e-12）的總體抖動Tj，固有抖動Dj，隨機抖動Rj等指標不能過大；而時鐘信號一般是芯片手冊給出要求，因此分析時鐘抖動時需要多大的數(shù)據(jù)量則需要引起注意，不一樣的樣本數(shù)據(jù)量，測得的抖動結(jié)果也會偏差很大。如果時鐘手冊給出的指標非?？量?，則有可能是在1sigma范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)量進行測量分析的（數(shù)據(jù)量小，所以抖動也會小很多），參照圖4。

3、時鐘的相位抖動、周期抖動、相鄰周期間抖動也同樣可以作為基本單位進行統(tǒng)計分析，同樣也可以設定特定樣本數(shù)據(jù)時的Tj，Dj，Rj以及相關的分解（數(shù)據(jù)相關性抖動ISI等不適用于時鐘抖動，因為時鐘抖動0電平和1電平的切換率是恒定的），以便分析抖動的來源，但是如果用數(shù)據(jù)抖動的分析軟件來分析時鐘抖動的話一般只能分析相位抖動，周期抖動和相鄰周期間抖動只能通過直方圖以及參數(shù)跟蹤的方法來分析。

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