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(fù)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(yīng)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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)前大部分串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(dāng)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(guān)的抖動DDj（數(shù)據(jù)相關(guān)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(dǎo)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?dāng)_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(gòu)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(gòu)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(fù)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(biāo)。

2、高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)非?？量蹋瑒t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(shè)定特定樣本數(shù)據(jù)時的Tj，Dj，Rj以及相關(guān)的分解（數(shù)據(jù)相關(guān)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(biāo)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(biāo)的，給出這樣的指標(biāo)時我們一定得搞清楚這個指標(biāo)是對應(yīng)于多大的樣本數(shù)據(jù)量。