信号抖动的分类与测量

信号抖动   测量

ITU-T G.701标准对抖动的定义为：“抖动是指数字信号在短期内重要的瞬时变化相对于理想位置发生的偏移”。

还有一个跟抖动很类似的概念，即漂移。一般情况下，抖动是指发生得比较快的定时偏差，而漂移是指发生的比较慢得定时偏差。ITU把漂移和抖动之间的门限定义为10Hz，偏移频率大于10Hz的叫抖动，小于10Hz的叫做漂移。

抖动可以分为随机性抖动(RJ)和确定性抖动(DJ)，而确定性抖动又可以分为周期性抖动(PJ)、数据相关抖动(DDJ)和占空比抖动(DCD)三种，如下图所示：

缩略语：

TJ：Total Jitter 总抖动
DJ：Deterministic Jitter 确定性抖动
RJ：Random Jitter 随机抖动
PJ：Periodic Jitter 周期性抖动
DDJ：Data Dependent Jitter 数据相关抖动
DCD：Duty Cycle Distortion 工作周期抖动
TIE：Time Interval Error 时间区间误差
RMS：Root Mean Square 均方根
ISI：Inter Symbol Interference 码间干扰

1.随机抖动(RJ)

随机抖动产生的原因很复杂，很难消除。器件的内部热噪声，晶体的随机振动，宇宙射线等都可能引起随机抖动。

随机抖动满足高斯分布，在理论上是无边界的，只要测试的时间足够长，随机抖动也是无限大的。高斯分布概率密度函数图形如下图所示。

所以随机抖动的锋-锋值必须伴同误码率BER表示出来，RJRMS＝概率密度函数(pdf)的标准偏差:σ，随机抖动的锋-锋值RJpk-pk=N*σ,按不同的BER，N不同，如下图所示：

2.确定性抖动(DJ)

确定性抖动不是高斯分布，通常是有边际的，它是可重复可预测的。信号的反射、串扰、开关噪声、电源干扰、EMI等都会产生DJ。DJ的概率密度函数图形如下图所示:

1).周期性抖动(PJ)

以周期方式重复的抖动称为周期性抖动，由于可以将周期波形分解为与谐波相关的正弦曲线的傅立叶级数，因此，这类抖动有时也称为正弦抖动。周期抖动与数据流中任何定期重复的码型无关，周期抖动一般是由耦合到系统中的外部确定的噪声源引起的。可能的抖动源有：电源的EMI干扰与扩频时钟SSC的调制信号。

2).数据相关抖动(DDJ)

DDJ一般是由于电缆或设备的带宽限制及阻抗不匹配造成的。DDJ分为DCD和ISI两种。

DCD值是相对于额定值50%的占空比偏差，一般分两种情况：

①信号的上升沿和下降沿的斜率不同；

②信号DC平均值发生变化而导致波形的判决门限高/低于应有值；

ISI又称为DDJ数据相关抖动或PDJ码型相关抖动。

因为阻抗不匹配导致信号发射。被发射的信号叠加在原信号上导致信号幅度增加而最终使转换电平所耗费的时间更多，从而产生抖动。对经常切换的“1,0,1,0…”高频信号，其衰减比连续的“1,1,1,1,0,0,0,0…”低频信号大。所以长的连续不变码会到达更高的电平，在跳变时需要更多的时间才能到达门限电平，导致信号抖动。因为这个抖动的幅度与码型相关，所以又称码型相关抖动。

总抖动锋-锋值：TJpk-pk=(N*RJRMS)+DJpk-pk

信号抖动值的测量主要分为时钟、并行总线和高速串行数据三大类。时钟抖动的测量指标有：Period Jitter (周期抖动)，Cycle to Cycle Jitter (周期间抖动)，N-Cycle Jitter (N个周期后抖动)，TIE (时间间隔误差)四种；并行总线以及其它所有的源同步数据总线中的数据与时钟相关抖动的测量指标有：Setup/Hold time jitter(建立/保持时间抖动)，Clk-out time jitter，Crossover Voltage Jitter(差分交点电压抖动)三种；高速串行数据的抖动测量主要PLL TIE。    

1).Period Jitter

周期性抖动测量主要是针对时钟信号，它测量实时时钟的每一个周期，然后对实际时钟周期进行数据统计，最后根据概率统计，给出该时钟周期大小的分布规律，此测量将显示信号的整体质量。测量Period Jitter必须指定一定的采样周期数，不同的周期数，抖动的PK-PK值是不同的，JEDEC要求的采样数最少为10000个。测量统计过程如下图所示：

2).Cycle to Cycle Jitter

Cycle to Cycle Jitter 是测量任意两个相邻周期间信号的周期变化量，通周期性抖动一样，测量周期间抖动也必须指定一定的周期数才能确定抖动的锋-锋值，JEDEC中要求最少采样1000个周期。测量统计过程如下图所示：

3). N-Cycle Jitter