抖動(dòng)的概念和抖動(dòng)的測(cè)量方法

圖5 Jitter－時(shí)間曲線圖6 Jitter頻譜

3．眼圖
目前為止，眼圖仍然是分析數(shù)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?shù)姆刃畔⒑蜁r(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(duì)齊。一旦抖動(dòng)達(dá)到+-0.5UI，眼睛會(huì)閉上，接收機(jī)電路會(huì)出現(xiàn)誤碼。
需要注意的是在測(cè)量眼圖時(shí)使用的觸發(fā)源應(yīng)該是有高頻率穩(wěn)定度低Jitter的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源，其指標(biāo)直接影響到測(cè)量的精度。如果直接用測(cè)試信號(hào)的邊沿做觸發(fā)，需要示波器有時(shí)鐘恢復(fù)功能。

圖7數(shù)字信號(hào)的眼圖

四、時(shí)間抖動(dòng)的模型
為了更好的對(duì)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(jù)產(chǎn)生jitter的原因不同，對(duì)jitter模型一般如下：

圖8Jitter模型

1．隨機(jī)抖動(dòng)（RJ，Random Jitter）
隨機(jī)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(jī)過(guò)程的理論中，隨機(jī)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(jī)噪聲的主要來(lái)源是熱噪聲，其具有高斯分布；第二，根據(jù)中心極限定律，許多獨(dú)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(jī)抖動(dòng)滿足高斯分布，因此它的峰值是無(wú)界的。這是隨機(jī)抖動(dòng)區(qū)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(duì)于隨機(jī)抖動(dòng)，確定性抖動(dòng)（DJ）是可以重復(fù)和預(yù)測(cè)的時(shí)間抖動(dòng)，因此，DJ的峰峰值是有界的，而這個(gè)邊界的位置隨著測(cè)量次數(shù)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(duì)應(yīng)的物理機(jī)制。
1)數(shù)據(jù)依賴(lài)型抖動(dòng)（DDJ，Data Dependent Jitter）
數(shù)據(jù)依賴(lài)型抖動(dòng)是和數(shù)據(jù)每一位內(nèi)容相關(guān)的抖動(dòng)。通常產(chǎn)生DDJ的原因是數(shù)據(jù)流通過(guò)帶寬明顯受限的信道時(shí)，出現(xiàn)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(jù)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(dāng)時(shí)鐘信號(hào)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(cè)量抖動(dòng)。其產(chǎn)生的原因有兩種，其一，信號(hào)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(cè)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(tǒng)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?dāng)_和外部噪聲。由于傳輸過(guò)程中可能由相鄰傳輸線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(hào)周期性抖動(dòng)（PJ，Period Jitter）。例如：開(kāi)關(guān)電源噪聲或測(cè)試時(shí)使用的周期信號(hào)。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(cè)試中，往往得到的復(fù)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(shí)可以知道復(fù)合抖動(dòng)概率密度函數(shù)是組成該抖動(dòng)的各個(gè)隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)的卷積。例如，一個(gè)DCD抖動(dòng)和一個(gè)隨機(jī)抖動(dòng)的概率密度函數(shù)是將隨機(jī)的高斯分布調(diào)制到DCD的兩個(gè)尖峰上。此外，對(duì)于周期性抖動(dòng)（PJ）不光有基波成分，往往還伴隨著高次諧波。
五、時(shí)間抖動(dòng)的測(cè)量
下面我們對(duì)現(xiàn)有的Jitter測(cè)量技術(shù)做一下簡(jiǎn)單介紹。根據(jù)測(cè)試儀器和測(cè)試目的的不同，可以將直接測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x等；二、以得到Jitter統(tǒng)計(jì)特征為目的的測(cè)量方法，如誤碼率測(cè)量?jī)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(tǒng)計(jì)分析功能時(shí)示波器等?，F(xiàn)在有些儀器同時(shí)具有時(shí)頻測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析的功能，因此在Jitter測(cè)量中得到廣泛的使用。此外，還可以通過(guò)對(duì)相位噪聲的測(cè)量間接測(cè)量時(shí)間抖動(dòng)。如下我們介紹幾種常用的測(cè)試方法。
1．示波器測(cè)量Jitter
使用示波器測(cè)量信號(hào)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(zhǔn)確度和信號(hào)保真度，以減少測(cè)量誤差帶來(lái)的影響。示波器內(nèi)部往往采用軟件的時(shí)鐘恢復(fù)手段恢復(fù)出理想的邊沿時(shí)刻（當(dāng)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(duì)眼圖的分析，從而得到Jitter的各種參數(shù)。
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(shù)據(jù)流按一定規(guī)律重復(fù)發(fā)送（通常采用偽隨機(jī)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(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插恢復(fù)出采樣波形，對(duì)于某個(gè)判決電平計(jì)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(fù)出輸入信號(hào)的時(shí)鐘，并分別計(jì)算出每個(gè)邊沿的jitter大小；
3) 對(duì)于連1或連0等不存在邊沿的地方，通過(guò)線性內(nèi)插法得到對(duì)應(yīng)的Jitter；
4)對(duì)得到的Jitter－時(shí)間函數(shù)做FFT，得到Jitter的頻譜。
接下來(lái)就可以通過(guò)對(duì)Jitter頻譜的分析，找出對(duì)應(yīng)的DCD、DDJ、PJ對(duì)應(yīng)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(shù)了。這里具體結(jié)果和FFT的分辨率、窗函數(shù)的選擇有很大關(guān)系。
目前許多示波器生產(chǎn)廠家提供了跟示波器配套的分析軟件，可以按一定模型對(duì)Jitter做有效地分解分析。