抖動的概念和抖動的測量方法

圖5 Jitter－時間曲線圖6 Jitter頻譜

3．眼圖
目前為止，眼圖仍然是分析數(shù)字通信過程中的一種定性而方便的方法，它可以同時給出傳輸?shù)姆刃畔⒑蜁r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齊。一旦抖動達(dá)到+-0.5UI，眼睛會閉上，接收機(jī)電路會出現(xiàn)誤碼。
需要注意的是在測量眼圖時使用的觸發(fā)源應(yīng)該是有高頻率穩(wěn)定度低Jitter的標(biāo)準(zhǔn)時鐘源，其指標(biāo)直接影響到測量的精度。如果直接用測試信號的邊沿做觸發(fā)，需要示波器有時鐘恢復(fù)功能。

圖7數(shù)字信號的眼圖

四、時間抖動的模型
為了更好的對jitter進(jìn)行描述，需要建立一套模型來分析不同情況下jitter的影響。根據(jù)產(chǎn)生jitter的原因不同，對jitter模型一般如下：

圖8Jitter模型

1．隨機(jī)抖動（RJ，Random Jitter）
隨機(jī)抖動是時間上的噪音，并沒有任何已知的模式。盡管在隨機(jī)過程的理論中，隨機(jī)抖動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：第一，許多電路中，隨機(jī)噪聲的主要來源是熱噪聲，其具有高斯分布；第二，根據(jù)中心極限定律，許多獨立不相關(guān)噪聲源疊加后趨近于一個高斯分布。由于隨機(jī)抖動滿足高斯分布，因此它的峰值是無界的。這是隨機(jī)抖動區(qū)別于確定性抖動的重要特征。
2．確定性抖動（DJ，Deterministic Jitter）
相對于隨機(jī)抖動，確定性抖動（DJ）是可以重復(fù)和預(yù)測的時間抖動，因此，DJ的峰峰值是有界的，而這個邊界的位置隨著測量次數(shù)的增加可以逼近真實值。DJ又可以分成幾種，每種有自己的特點和背后對應(yīng)的物理機(jī)制。
1)數(shù)據(jù)依賴型抖動（DDJ，Data Dependent Jitter）
數(shù)據(jù)依賴型抖動是和數(shù)據(jù)每一位內(nèi)容相關(guān)的抖動。通常產(chǎn)生DDJ的原因是數(shù)據(jù)流通過帶寬明顯受限的信道時，出現(xiàn)碼間干擾（ISI）而引起的。DDJ通常具有兩個分立脈沖形式的直方圖，并且兩個峰的高度相同（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（DCD，Duty Cycle Distortion）
占空比失真抖動是當(dāng)時鐘信號占空比不是50％時，由于過零點的位置不同所帶來的測量抖動。其產(chǎn)生的原因有兩種，其一，信號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類似的兩個分立脈沖形式的直方圖，并且兩個峰的高度相同。
3)有界不相關(guān)抖動（BUJ，Bounded Uncorrelated Jitter）
有界不相關(guān)抖動是一類在時間上不與jitter測量時刻相關(guān)，分布上有具有有界峰峰值的時間抖動的統(tǒng)稱。其來源通常有3種：電源噪聲。由于供電電源帶來的噪聲，可能會影響誤碼率；串?dāng)_和外部噪聲。由于傳輸過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的信號周期性抖動（PJ，Period Jitter）。例如：開關(guān)電源噪聲或測試時使用的周期信號。只有單一頻率成分的周期性抖動（PJ）具有一個兩端為峰值中間凹陷形式的直方圖。
3．Jitter的分離
由于實際測試中，往往得到的復(fù)合時間抖動是由以上兩種或幾種Jitter模型的組合。利用概率論的知識可以知道復(fù)合抖動概率密度函數(shù)是組成該抖動的各個隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)的卷積。例如，一個DCD抖動和一個隨機(jī)抖動的概率密度函數(shù)是將隨機(jī)的高斯分布調(diào)制到DCD的兩個尖峰上。此外，對于周期性抖動（PJ）不光有基波成分，往往還伴隨著高次諧波。
五、時間抖動的測量
下面我們對現(xiàn)有的Jitter測量技術(shù)做一下簡單介紹。根據(jù)測試儀器和測試目的的不同，可以將直接測量技術(shù)分為兩大類：一、以得到Jitter時域或頻域特征為目的的測量方法，如實時采樣示波器、等效采樣示波器、時間間隔測量儀等；二、以得到Jitter統(tǒng)計特征為目的的測量方法，如誤碼率測量儀、不含觸發(fā)或外時鐘模式下的時間間隔分析儀、帶有統(tǒng)計分析功能時示波器等?，F(xiàn)在有些儀器同時具有時頻測量和統(tǒng)計分析的功能，因此在Jitter測量中得到廣泛的使用。此外，還可以通過對相位噪聲的測量間接測量時間抖動。如下我們介紹幾種常用的測試方法。
1．示波器測量Jitter
使用示波器測量信號的Jitter首先要求示波器有足夠的帶寬、信噪比、分辨率、時間準(zhǔn)確度和信號保真度，以減少測量誤差帶來的影響。示波器內(nèi)部往往采用軟件的時鐘恢復(fù)手段恢復(fù)出理想的邊沿時刻（當(dāng)然也可以采用外接高品質(zhì)時鐘源觸發(fā)作為理想邊沿時刻），此時示波器就可以通過疊加生成眼圖。通過對眼圖的分析，從而得到Jitter的各種參數(shù)。
在使用示波器分析的時候，往往需要進(jìn)一步做Jitter分析，以得到誤碼的性質(zhì)。這時需要輸入數(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)通過采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插恢復(fù)出采樣波形，對于某個判決電平計算出每個邊沿的過判決時刻；
2)通過軟件金瑣相環(huán)的方法恢復(fù)出輸入信號的時鐘，并分別計算出每個邊沿的jitter大??；
3) 對于連1或連0等不存在邊沿的地方，通過線性內(nèi)插法得到對應(yīng)的Jitter；
4)對得到的Jitter－時間函數(shù)做FFT，得到Jitter的頻譜。
接下來就可以通過對Jitter頻譜的分析，找出對應(yīng)的DCD、DDJ、PJ對應(yīng)的峰值，以及RJ的底噪大小。然后分離出各個成分做IFFT就可以得到各個成分的Jitter－時間函數(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Jitter做有效地分解分析。