對于數據或時鐘的抖動測量一般基于兩類儀器,一類是示波器,還有一類是相噪分析儀。相噪儀由于其噪聲低被廣泛應用在時鐘信號的評估上,但由于它是基于鎖相的原理其不能分析數據信號和展頻的時鐘信號。本文主要總結基于示波器抖動分析的jitter分類及其特點。
Jitter指的是對于時鐘或數據邊沿與理想位置的偏差,如下圖所示:
如果理想的邊沿在上圖黑線的位置,實際電路中由于各種噪聲導致邊沿的位置或早或遲于理想位置。那么為什么要對jitter進行分類或分解?主要基于兩點考慮。一是現在的高速數據接口通常都對誤碼率有著極高的要求(egE-12 BER)。如果直接測量測量誤碼率(發送大量數據,通過統計誤碼來計算BER),將花費大量時間,誤碼率越低所需時間越長。其實我們也可以通過jitter來推斷誤碼率,總體jitter可以根據測量到的分量值計算得到。這樣可以極大地縮短測量時間,也就是減小了測量成本。另一方面對jitter分類之后便于找出jitter性能差的原因并優化。
接下來介紹jitter的分解。典型的分解如下圖:
整個jitter可以分為RJ(隨機性Jitter)和DJ(確定性jitter)兩大類。它們的分類主要跟根據是否有界,也就是是否有最大值來區分。RJ在分布上是高斯分布,其沒有邊界的也就是沒用最大值,通常用有效值來描述。DJ是確定的,有邊界的。整個jitter就可以根據下面的公式計算: TJ= (σxRJ) +DJ
由于RJ是高斯分布,針對不同的BER會有不同的系數σ。
其中DJ又分為與傳輸數據有關的DDJ和與數據無關的PJ。講到與數據的相關性其實RJ也是與數據無關。特意將與數據是否相關提出來是由于在實際調試過程中可以根據jitter是否跟數據相關來優化高速接口系統的不同方面。比方說當發現DDJ比較大時重點考慮優化接口系統收發機的預加重和均衡。當發現RJ或PJ比較大時應重點優化時鐘參考信號,內部PLL參數和電源等。
接下來說說示波器是如何根據輸入信號來分離出各個jitter的。總體上首先分離的是DDJ, 然后分離出PJ,最后得到RJ。下面簡要介紹下如何分離的原理,有興趣的請參考文[1]
DDJ:根據輸入信號是否具有周期性采用不同的方式。如果輸入是周期性碼元可以按照不同比特對TIE(time interval error)進行抽取并作FFT后的DC分量就是各個比特的DDJ。如下圖示意
對于輸入為任意數據類型,可以通過特殊的filter來分離。對于DDJ一般由于上升沿和下降沿不對稱和傳輸鏈路帶寬不足引起。所以才說當發現DDJ較大時著重優化鏈路的預加重和均衡。
分離出DDJ之后就只剩下PJ和RJ。PJ是周期性jitter,看到周期性我們也就很自然地想到了做FFT從頻率處理,如下圖:
PJ主要來自時鐘信號的spur,電源紋波的干擾和其他周期信號的串擾。 分解出各個分量之后我們就可以根據雙狄拉克模型來獲得整個jitter,如下圖:
這里需要重點提出來的一點是示波器分析得出的DJ并不是直接的測量結果,它實際上是一種模型值。注意這一點才能理解為什么有時候會發現示波器測量結果中DJ小于DDJ。
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原文標題:基于示波器測量的Jitter 分解
文章出處:【微信號:gh_025d37bb233e,微信公眾號:模擬射頻小站】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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