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用示波器分析抖动——时域和频域详细分析

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用示波器分析抖动，关于时域和频域的详细分析

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2014年5月第33卷第5期

前沿技术

用示波器分析抖动

——时域和频域详细分析

(罗德与施瓦茨公司)

由多个源引起信号的总抖动（total

jitter，TJ），随机抖动由随机抖动

（random jitter，RJ）和确定性抖

动(deterministic jitter, DJ)构成，

如图1所示。随机抖动无界用统计值

（如平均值µ和标准差σ）描述，其

数字信号串扰产生的周期性抖

动，其概率密度分布函数呈狄拉克分

布。纯净的正弦信号产生的周期性抖

动，其概率密度分布函数呈多普勒功

率密度函数。

1 引言

当测试超过1 Gbit/s数据速率的

数字电路质量功能时，抖动分析是必

不可少的。当分析这些高数据速率协

议如PCIe、DDR、USB和以太网等

接口协议时必须考虑抖动。示波器是

测量抖动非常理想的仪器。某些示

工作比失真 ( d u t y c y c l e

概率密度函数（probability density distortion,DCD)源于非理想判决电平

波器，如罗德与施瓦茨公司的R&S function，PDF）为众所周知的高斯

或不同的上升时间和下降时间，与数

据相关抖动一样，其概率密度分布函

数呈双狄拉克分布。

RTO，甚至可以分析相关频谱。

分布。随机抖动由热噪声、散粒噪声

和类似效应引起，可将其描述为振荡

信号中的相位噪声。

当在PCIe、DDR、USB和以太

网等接口上发送数字信号时，信号完

整性会随着数据速率的增加而变差。

每一代新接口标准都会在数据容量和

速率上有指数量级的增加，现在已进

入Gbit/s级别。由于成本控制，电路

印刷技术依然使用FR4，但是印制板

材料、VIA等连接器都会影响传输特

性。在这样高的数据速率时，影响不

容忽视。电路开发人员必须进行详细

的信号分析以便快速识别系统内出问

题的区域，而且抖动分析应覆盖嵌入

时钟的数据信号及基准时钟信号。

通过概率密度分布函数判断抖动

的原因与成分是抖动分析的重要目

的。使用示波器进行抖动分析，可

以生成总体抖动的直方图，如图2所

与之相反，确定性抖动有界，不

能用随机相位噪声信号描述。这些抖

动分量常常被指定为峰峰值。确定性

抖动包括：周期抖动(periodic jitter, 示。总体抖动直方图是由各独立抖动

PJ)、数据相关抖动(data dependent 源叠加形成的。

jitter, DDJ)和占空比相关抖动。

3 显示测量结果

周期抖动可能由串扰或锁相环

（phase-locked loop，PLL）不稳

示波器提供各种各样分析抖动

的工具。即使没有抖动选件，R&S

RTO也能让用户以余辉方式显示波

形柱状图。余辉功能以颜色标度显

定引起，其概率密度函数取决于干扰

源。

2 随机抖动和确定性抖动

国际电信联盟（ITU）对抖动的

定义是一个时域信号在短时间内其实

际位置与理想位置的偏差。考虑本篇

文章的目的，抖动被描述为非确定

的有害时钟信号干扰。抖动通常是

图1 柱状图中的抖动源和相应的PDF型

-24-

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