测量MAX999比较器的输出抖动

2007-10-25 10:09:57来源: Maxim中文网站

抖动基本理论简介

光纤通道标准把抖动定义为“对事件理论定时的偏离”。抖动从根本上描述了系统的定时误差,它基本有两种类型:确定性抖动和随机性抖动。

确定性抖动(DJ)定义为具有非高斯概率密度函数的抖动。确定性抖动表现为时间边界,有一定的产生原因:占空比失真(由上升沿和下降沿的时差产生)、EMI、串扰、接地和电源供电问题等。确定性抖动一般采用边界的峰值表示。

随机性抖动(RJ)定义为具有高斯概率密度函数的抖动。随机性抖动不受振幅的限制,由RMS (均方根)值表示,它是均值等于零时的标准方差。随机性抖动的主要来源是系统元件的高斯热噪声(白噪声)。例如,比较器中,热噪声和摆率相互影响,在输出切换点产生定时误差。

确定性和随机性抖动之和或卷积后得到总抖动(TJ),它一般表示为测量峰值。将随机性抖动的RMS值转换为峰值引入了误码率(BER)的概念。对于高斯概率密度函数,峰值在理论上意味着无穷大的振幅。然而,通过选择极端峰值的概率或总抖动超过抖动预算时产生误码的概率,可以由RMS值计算得出实际的峰值。例如,小于10-12的峰值随机性抖动是RMS值的14.1倍。表1列出了峰值和RMS随机性抖动与BER的关系。

表1. 峰值和RMS随机性抖动与BER的关系

测量MAX999的抖动

某些应用中,MAX999等高速比较器用来对输入正弦波进行整形,产生时钟信号。由于比较器的输出抖动决定了时钟抖动,因此,掌握比较器的抖动指标非常重要,以便准确计算时钟抖动。

本应用笔记利用图1所示电路测量MAX999的输出抖动。通过小电阻分配网络,将反相输入端连接至固定的2.5V基准电压,选择较小的100Ω电阻是为了降低噪声。同相输入通过BNC连接器连接至HP8082A脉冲发生器,靠近同相端安装了一个50Ω匹配电阻。

通过一个200Ω串联电阻和一个SMA连接器,将MAX999输出连接至Tektronix CSA8000信号分析仪。200Ω串联电阻和CSA8000的50Ω输入阻抗构成了一个分压网络,将CSA8000的输入信号衰减至略小于1VP-P。因此,该信号在仪表的最大输入范围之内。在电源以及比较器反相输入的2.5V基准处放置旁路电容。

图1. 测量MAX999比较器输出抖动的电路

CSA8000的随机性抖动规定为1.0ps RMS (典型值)和1.5ps RMS (最大值)。HP8082A脉冲发生器定义输出抖动为周期的0.1% + 50ps (峰值)。选择输出频率为80MHz,输出摆幅为1VP-P (终端匹配50Ω),中心点为2.5V。将脉冲发生器和CSA8000直接连接,能够测量7.7ps RMS的抖动。

送入上述输入信号时,图1电路可测量11.2ps的RMS抖动。考虑到电路的简单结构、严格的电源滤波和较低的EMI环境,可以假设MAX999和外围元件引入的主要抖动是随机性抖动。

假设脉冲发生器引入的抖动和MAX999的抖动不相干,可以根据式1估算后者的抖动:

(RJ_PG)2 + (RJ_MAX999)2 = (RJ_MEAS)2(式1)

图2提供了式1的参数。

图2. 按照这一流程图,可以推导出MAX999的抖动。已知HP8082A脉冲发生器有7.7ps RMS,在CSA8000测量到11.2ps RMS,利用式1推算MAX999的抖动。

从该式可以确定MAX999的RMS随机性抖动为8.1ps。

抖动测量的基本假设以及误差源

8.1ps RMS是对MAX999实际抖动的估算,如上所述,这一估算基于一定的假设条件,并受以下误差源的影响:

CSA8000的1ps RMS抖动对测量产生影响,导致9%的不确定性。

假设MAX999的抖动只与比较器本身以及周围电阻的热噪声的随机抖动有关,忽略了确定性抖动。

忽略了两个在MAX999反相输入提供2.5V电压的100Ω电阻的噪声(0.9nV/),假设由并联电容构成的7kHz低通滤波器滤掉。

200Ω输出串联电阻产生的噪声(1.8nV/)可能会形成另一误差源,因为它不受带宽的限制。但是,在下一节的讨论可以看出,与MAX999相比,它的影响也可以忽略。
HP8082A脉冲发生器的抖动和MAX999的抖动不相干。

抖动和噪声的关系

随机性抖动是由MAX999和电阻热噪声(白噪声)引起的。请参考应用笔记3631:随机噪声对时序抖动的影响—理论与实践,了解随机性抖动和输入白噪声在放大器中相互作用的背景。在切换点,比较器和放大器的作用相似;特别是,比较器增益级使得两路输入不平衡时导致输出切换。应用笔记3631说明了随机性抖动的RMS值和白噪声与输入(正弦)信号摆率有关,由式2表示:

JitterRMS = VnRMS/SR(式2)


HP8082A脉冲发生器带宽有限,使得80MHz脉冲表现为正弦波。对于正弦波,由式3给出接近过零点的摆率:

SR = A × 2 × π × f (式3)

其中,A是正弦波的振幅(本例中为0.5V或1VP-P),f是频率(本例中为80MHz)。由此得出摆率大约为250V/μs = 250μV/ps。可以采用式4计算80MHz输入导致的电压噪声:

VnRMS = 250μV/ps × 8.1ps = 2025μVRMS(式4)

200Ω串联电阻在同一带宽内产生的噪声为14.3μVRMS,可以忽略。因此,总的随机噪声主要来自MAX999本身。

结论

在某些应用中,采用比较器对高速正弦信号进行整形,以产生时钟信号,因此,了解比较器输出抖动指标非常重要。本应用笔记介绍了在使用非理想信号发生器时,怎样推导MAX999的输出抖动,讨论了测量限制及其误差源。最后,得出了输出抖动与输入参考电压噪声的关系。

关键字:函数  密度  随机  方差

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/zhzx/200710/1758.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
函数
密度
随机
方差

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved