內(nèi)建式抖動(dòng)測(cè)量技術(shù)（下）
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如圖二十八所示，在不同頻段操作下我們?nèi)ジ淖兠}波吞噬的數(shù)目，也就是切換S0、S1，讓抖動(dòng)放大電路在不同頻段下皆具有足夠?qū)挼姆€(wěn)態(tài)區(qū)間。此外也藉由調(diào)整外調(diào)電阻將抖動(dòng)電路之放大倍率作些微的修正。圖中顯示經(jīng)調(diào)整脈波吞噬數(shù)后，于數(shù)十MHz～1.6GHz附近其放大倍幾乎維持在25.5倍左右。但若超過1.6GHz后，因?yàn)閠fn時(shí)間點(diǎn)慢慢靠近ts造成穩(wěn)態(tài)電位的變化，所以放大倍率開始有些許改變。操作頻率繼續(xù)往上升，tfn點(diǎn)會(huì)等于或是超前ts，造成放大倍率急速下降，所以說此抖動(dòng)放大電路的線性放大區(qū)為數(shù)十MHz~1.6GHz。在此必須說明因?yàn)榫€性區(qū)間可藉由改變脈波吞噬的數(shù)目來達(dá)成，因此若須操作在更高頻的運(yùn)用上時(shí)，我們只需依造（2）式來實(shí)現(xiàn)即可。
《圖二十八 放大倍率與頻率間之關(guān)系圖》
《圖二十九 多工式振蕩器之振蕩頻率測(cè)試圖》
時(shí)間-數(shù)位電路最佳解析度
除了抖動(dòng)放大電路測(cè)試外，時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路也關(guān)系到系統(tǒng)最佳解析度。因此也藉由調(diào)整輸入抖動(dòng)量來觀察數(shù)位輸出碼，并測(cè)試多工式振蕩器振蕩頻率來回推解析度。如圖二十九所示，為了測(cè)試方便，我們將振蕩頻率除以32來觀測(cè)，所以此時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路的最佳解析度，為振蕩周期除上32個(gè)相位（經(jīng)內(nèi)插后所得），亦即約為19-ps。
此外圖三十為輸入抖動(dòng)量與數(shù)位輸出碼之對(duì)照?qǐng)D。其顯示輸入抖動(dòng)每增加19-ps數(shù)位碼也隨之增加，但量測(cè)曲線與理想曲線間相差約40-ps。此誤差量來自于振蕩器之抖動(dòng)。但以系統(tǒng)層面來看，我們只要將此誤差量扣除即可，因?yàn)槠渌P(guān)心的是每個(gè)數(shù)位碼間所代表的抖動(dòng)量是否相同，因此我們將圖三十誤差量歸零后進(jìn)行積分非線性誤差量（Integral Nonlinearity；INL）之分析，如圖三十一所示。此時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路最大偏移量約為6-ps，即0.32LSB（1LSB=19-ps），其小于0.5LSB，所以可說對(duì)于系統(tǒng)操作時(shí)并不會(huì)帶來嚴(yán)重的錯(cuò)誤。
《圖三十 輸入抖動(dòng) vs. 數(shù)位輸出碼》
《圖三十一 時(shí)間數(shù)位轉(zhuǎn)換器之INL分析圖》
得出系統(tǒng)解析度
確定了抖動(dòng)放大電路與時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路操作特性后，接著我們將可推得系統(tǒng)解析度。因?yàn)榉糯蟊堵蔄與延遲單元之延遲時(shí)間的比例為25.5:19，所以在此條件下所能測(cè)到的最佳解析度即為19-ps/25.5=0.8-ps。同理可證，若在設(shè)計(jì)上將倍率提升或是縮小延遲時(shí)間至其比例為1:2時(shí)，此將可把解析度進(jìn)一步提升至0.5-ps。有鑒以上量測(cè)與模擬之結(jié)果，我們可以說此測(cè)試方法將可成功運(yùn)用在wide range以及l(fā)ow jitter的內(nèi)建時(shí)脈抖動(dòng)測(cè)試架構(gòu)中。
結(jié)語
在先前所列舉的五種傳統(tǒng)測(cè)試架構(gòu)，不外乎是利用電路技巧來縮小延遲單元的延遲時(shí)間，以等效增加測(cè)試解析度。然而當(dāng)測(cè)試速度上升或是抖動(dòng)量來到sub-ps等級(jí)后，因電路與制程上之瓶頸，其所能量測(cè)的范圍皆會(huì)受到限制。
基于上述之原因，本文提出不同于傳統(tǒng)測(cè)試架構(gòu)的測(cè)試策略。這是采用抖動(dòng)放大的觀念，先針對(duì)待測(cè)訊號(hào)抖動(dòng)量做先期放大，然后利用時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路將抖動(dòng)量化，再把得到的輸出數(shù)位碼除以放大倍率，即可還原出原本的周期對(duì)周期抖動(dòng)量。此外為了讓此測(cè)試架構(gòu)能操作在任何頻段下，因此還采用單擷取搭配脈波吞噬的測(cè)試方法，拉長抖動(dòng)放大時(shí)的穩(wěn)態(tài)時(shí)間，以得到固定放大倍率，進(jìn)而減少因頻率變化所帶來的量測(cè)誤差。所以本文所提出方法相較于傳統(tǒng)測(cè)試方式，將具備寬頻操作、低抖動(dòng)量測(cè)試、高解析度、成本低、受測(cè)試環(huán)境限制程度小等優(yōu)點(diǎn)。最后其比較如表三所示。
(表三) 各種架構(gòu)比較表
評(píng)論