对于数据或时钟的抖动测量一般基于两类仪器,一类是示波器,还有一类是相噪分析仪。相噪仪由于其噪声低被广泛应用在时钟信号的评估上,但由于它是基于锁相的原理其不能分析数据信号和展频的时钟信号。本文主要总结基于示波器抖动分析的jitter分类及其特点。
Jitter指的是对于时钟或数据边沿与理想位置的偏差,如下图所示:
如果理想的边沿在上图黑线的位置,实际电路中由于各种噪声导致边沿的位置或早或迟于理想位置。那么为什么要对jitter进行分类或分解?主要基于两点考虑。一是现在的高速数据接口通常都对误码率有着极高的要求(egE-12 BER)。如果直接测量测量误码率(发送大量数据,通过统计误码来计算BER),将花费大量时间,误码率越低所需时间越长。其实我们也可以通过jitter来推断误码率,总体jitter可以根据测量到的分量值计算得到。这样可以极大地缩短测量时间,也就是减小了测量成本。另一方面对jitter分类之后便于找出jitter性能差的原因并优化。
接下来介绍jitter的分解。典型的分解如下图:
整个jitter可以分为RJ(随机性Jitter)和DJ(确定性jitter)两大类。它们的分类主要跟根据是否有界,也就是是否有最大值来区分。RJ在分布上是高斯分布,其没有边界的也就是没用最大值,通常用有效值来描述。DJ是确定的,有边界的。整个jitter就可以根据下面的公式计算: TJ= (σxRJ) +DJ
由于RJ是高斯分布,针对不同的BER会有不同的系数σ。
其中DJ又分为与传输数据有关的DDJ和与数据无关的PJ。讲到与数据的相关性其实RJ也是与数据无关。特意将与数据是否相关提出来是由于在实际调试过程中可以根据jitter是否跟数据相关来优化高速接口系统的不同方面。比方说当发现DDJ比较大时重点考虑优化接口系统收发机的预加重和均衡。当发现RJ或PJ比较大时应重点优化时钟参考信号,内部PLL参数和电源等。
接下来说说示波器是如何根据输入信号来分离出各个jitter的。总体上首先分离的是DDJ, 然后分离出PJ,最后得到RJ。下面简要介绍下如何分离的原理,有兴趣的请参考文[1]
DDJ:根据输入信号是否具有周期性采用不同的方式。如果输入是周期性码元可以按照不同比特对TIE(time interval error)进行抽取并作FFT后的DC分量就是各个比特的DDJ。如下图示意
对于输入为任意数据类型,可以通过特殊的filter来分离。对于DDJ一般由于上升沿和下降沿不对称和传输链路带宽不足引起。所以才说当发现DDJ较大时着重优化链路的预加重和均衡。
分离出DDJ之后就只剩下PJ和RJ。PJ是周期性jitter,看到周期性我们也就很自然地想到了做FFT从频率处理,如下图:
PJ主要来自时钟信号的spur,电源纹波的干扰和其他周期信号的串扰。 分解出各个分量之后我们就可以根据双狄拉克模型来获得整个jitter,如下图:
这里需要重点提出来的一点是示波器分析得出的DJ并不是直接的测量结果,它实际上是一种模型值。注意这一点才能理解为什么有时候会发现示波器测量结果中DJ小于DDJ。
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原文标题:基于示波器测量的Jitter 分解
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