信号完整性分析基础系列之二十四——关于抖动(上)

2015-06-17 10:36:47   来源:ednchina   

关键字: 信号完整性分析  基础系列  关于抖动

写在前面的话

抖动话题是示波器测量的最高境界,也是最风云变换的一个话题,这是因为抖动是示波器测量的诸多功能中最和“数学”相关的。 玩数学似乎是需要一定境界的。

“力科示波器是怎么测量抖动的?”,“这台示波器抖动测量准不准?”,“时钟抖动和数据抖动测量方法为什么不一样?”,“总体抖动和峰峰值抖动有什么区别? ”,“余辉方法测量抖动不是最方便吗?”,“抖动和眼图,浴盆曲线之间是什么?”,…… 关于抖动的问题层出不穷。这么多年来,在完成了“关于触发(上)、(下)”和“关于眼图(上)、(下)”,“关于S参数(上)(下)”等三篇拙作后,我一直希望有一篇“关于抖动”的文章问世,但每每下笔又忐忑而止,怕有谬误遗毒。 今天,当我鼓起勇气来写关于抖动的时候,我需要特别说明,这是未定稿,恳请斧正。

抖动和波形余辉的关系

有一种比较传统的测量抖动的方法,就是利用余辉来查看信号边沿的变化,然后再用光标测量变化的大小(如图1所示),后来更进了一步,可以利用示波器的“余辉直方图”和相关参数自动测量出余辉的变化范围,这样测量的结果就被称为“抖动”。这个方法是在示波器还没有“测量统计”功能之前的方法,但在90年代初力科发明了测量统计功能之后,这个方法就逐渐被淘汰了。

图1 传统的抖动测量方法

这种传统的方法有下面这些缺点:(1)总会引入触发抖动,因此测量的结果很不准确。(2)只能测量某种参数的抖动,譬如触发上升沿,测量下降沿的余辉变化,反应了宽度的抖动,触发上升沿,测量相邻的上升沿的余辉变化,反应了周期的抖动。显然还有很多类型的抖动特别是最重要的TIE抖动无法测量出来。 (3)抖动产生的因果关系的信息也无从得知。

定义抖动的四个维度

和抖动相关的名词非常多:时钟抖动,数据抖动; 周期抖动,TIE抖动,相位抖动,cycle-cycle抖动; 峰峰值抖动(pk-pk jitter),有效值抖动(rms jitter);总体抖动(Tj),随机抖动(Rj),固有抖动(Dj);周期性抖动,DCD抖动,ISI抖动,数据相关性抖动; 定时抖动,基于误码率的抖动; 水平线以上的抖动和水平线以下的抖动…… 这些名词反应了定义抖动的不同维度。

回到“什么是抖动”的定义吧。其实抖动的定义一直没有统一,这可能也是因为需要表达清楚这个概念的维度比较多的原因。目前引用得比较多的定义是: Jitter is defined as the short-term variations of a digital signal’s significant instants from their ideal positions in time. 就是说抖动是信号在电平转换时,其边沿与理想位置之间的偏移量。如图2所示,红色的是表示理想信号,实际信号的边沿和红色信号边沿之间的偏差就是抖动。什么是“理想位置”,“理想位置”是怎么得到的? 这是被问到后最不好回答的问题。

图2 抖动的定义

我认为描述抖动离不开“四个维度”。仅仅是说“我想测量抖动”,这是不完整的表达,我建议的一种完整的表达方式是: 我想测量100万样本(一定数量样本)下的时钟抖动(或数据抖动)的周期抖动(或 TIE抖动,相位抖动,cycle-cycle抖动)的峰峰值抖动和有效值抖动(或Tj,Rj,Dj)。 具体到测量方法上就是先测量被测信号的周期(或TIE,Cycle-cycle period)等参数,然后持续测量出100万个甚至更多样本,将这100万个样本下的的最大值和最小值相减即为峰峰值抖动。但是10的12次方样本很难直接测量出来,因为需要消耗的时间太长,所以就改用数学模型预测的方法进行推导。

上面表达中涉及到抖动定义的四个维度是:

1,测量抖动的样本数/误码率。

2,被测信号的类型。分为时钟抖动和数据抖动。

3,关注的抖动参数的类型。主要有周期抖动,TIE抖动,cycle-cycle抖动。

4, 抖动测量结果的类型。主要有峰峰值抖动,有效值抖动,总体抖动(Tj),固有抖动(Dj),随机抖动(Rj)。

抖动是关于误码率的函数

我们下意识里可能会问,被测信号的抖动最坏能有多大? 其实,随着观察到的测量样本数的增加,这个问题的答案也就不一样。没有样本数的限定,这个问题没有一个收敛性的答案。抖动是关于误码率的函数。误码率为10e-12(10的-12次方)即表示发送端发送10e+12(10的12次方)个比特位的信号,在接收端出现误码的比特位个数是一个。测量10e-12误码率下的抖动可以理解为测量10e+12样本下的抖动。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0617/article_12009.html
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