芯耀
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時(shí)鐘抖動(dòng)是時(shí)鐘邊緣相對于時(shí)鐘預(yù)期或理想位置的短期波動(dòng)或變化。任何來源，如周期性、非周期性或數(shù)據(jù)依賴性來源，都可能導(dǎo)致時(shí)鐘邊緣偏離其理想位置。這些變化的常見來源包括內(nèi)部器件噪聲（如熱噪聲、閃爍噪聲等）、時(shí)鐘生成電路的不完善、電源噪聲、板級(jí)缺陷（如串?dāng)_、數(shù)據(jù)依賴性干擾、由于端接不良引起的反射）以及其他板級(jí)原因、系統(tǒng)級(jí)缺陷（如電磁干擾敏感性）。時(shí)鐘抖動(dòng)通?？梢苑譃閮纱箢悾簾o界或隨機(jī)抖動(dòng)和有界或確定性抖動(dòng)。
無界或隨機(jī)抖動(dòng)是由系統(tǒng)中隨機(jī)或高斯過程引起的。這種噪聲源的瞬時(shí)值是無界的，并且是每個(gè)系統(tǒng)固有的。確定性抖動(dòng)是由非隨機(jī)過程引起的，并不是每個(gè)系統(tǒng)都固有的。確定性抖動(dòng)可以是周期性的，如來自DC/DC轉(zhuǎn)換器的噪聲，或者是數(shù)據(jù)依賴性的，如碼間干擾。數(shù)據(jù)依賴性的確定性抖動(dòng)既可以是非相關(guān)的，也可以是相關(guān)的。雖然隨機(jī)抖動(dòng)難以消除，但通過精心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以減少確定性抖動(dòng)。
有界抖動(dòng)表示為峰峰值抖動(dòng)，而無界抖動(dòng)表示為均方根（RMS）抖動(dòng)。峰峰值抖動(dòng)定義為時(shí)鐘邊緣的最小偏差和最大偏差之間的差異。當(dāng)對不同樣本長度（根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)為10,000個(gè)樣本）計(jì)算抖動(dòng)時(shí)，直方圖遵循正態(tài)或高斯分布。RMS抖動(dòng)是該直方圖的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差σ的值。峰峰值抖動(dòng)是直方圖上的最大和最小測量值之間的距離。
由于隨機(jī)抖動(dòng)是無界的，因此需要一個(gè)最大誤碼率（BER）來將RMS抖動(dòng)轉(zhuǎn)換為峰峰值抖動(dòng)。誤碼率定義為單位時(shí)間間隔內(nèi)的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)。例如，誤碼率為10的負(fù)12次方表示在10的12次方個(gè)周期中最多有一個(gè)比特錯(cuò)誤。為了將RMS抖動(dòng)轉(zhuǎn)換為峰峰值抖動(dòng)，基于高斯噪聲模型的假設(shè)，使用了一個(gè)誤碼率乘數(shù)。對于誤碼率為10的負(fù)12次方，峰峰值抖動(dòng)等于RMS抖動(dòng)的14.069倍。對于其他誤碼率，可以根據(jù)此處表格中的乘數(shù)從RMS抖動(dòng)計(jì)算出峰峰值抖動(dòng)。
在串行數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)通過鏈路或物理介質(zhì)從發(fā)送器傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%8E%A5%E6%94%B6%E5%99%A8/">接收器。在某些情況下，時(shí)鐘可以通過不同的鏈路傳輸。數(shù)據(jù)傳輸的速度和效率取決于許多電氣和物理因素。其中一個(gè)因素就是時(shí)鐘抖動(dòng)。如果時(shí)鐘抖動(dòng)過高，接收器端無法恢復(fù)數(shù)據(jù)。為了評(píng)估串行鏈路的性能，使用數(shù)據(jù)依賴性的電氣測量來評(píng)估高速數(shù)據(jù)質(zhì)量和高速發(fā)送器-接收器性能。
眼圖是設(shè)計(jì)和模擬系統(tǒng)、評(píng)估具有高速鏈路的產(chǎn)品時(shí)可使用的一種通用工具。為了生成眼圖，對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)采樣，并在示波器上持續(xù)顯示。如果數(shù)據(jù)鏈路質(zhì)量差或噪聲大，眼圖會(huì)閉合，數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤會(huì)很高。當(dāng)鏈路質(zhì)量良好時(shí)，眼圖會(huì)顯示清晰的眼開。
可以觀察參考時(shí)鐘相對于零均值頻率誤差的理想時(shí)鐘的眼圖。還可以在此眼圖中觀察參考時(shí)鐘的抖動(dòng)。眼圖還可以進(jìn)行幾項(xiàng)關(guān)鍵的水平測量。眼寬是這些測量中最重要的，它可以幫助你了解接收器在一個(gè)單位間隔內(nèi)采樣一個(gè)比特有多少時(shí)間。
這項(xiàng)測量通常在眼圖最寬的部分或交叉區(qū)域進(jìn)行。達(dá)到特定的眼寬對于通過眼圖測試至關(guān)重要，眼開的限制通常在眼模中描述。眼寬還從時(shí)序角度給出了眼圖開放程度的直觀感受?？梢允褂檬静ㄆ鲗ρ蹐D的總抖動(dòng)進(jìn)行測量，并將其分解為基本組成部分。
隨著總抖動(dòng)的增加，信號(hào)的可用眼寬減小，并影響接收器如何采樣傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。眼開還可以用于估算特定眼圖的誤碼率?？偠秳?dòng)量大的系統(tǒng)往往信號(hào)性能較差，由于眼開較小，可能遭受高誤碼率，并且可能無法通過眼模。然而，通過引入高速信號(hào)調(diào)理器，可以減少系統(tǒng)中的抖動(dòng)量，并恢復(fù)一些眼寬，從而有助于通過眼模測試、實(shí)現(xiàn)可接受的信號(hào)質(zhì)量性能、增大眼開并降低整體誤碼率。
還可以從眼圖中提取邊沿速率，這對于確定可能導(dǎo)致交叉區(qū)域偏移、影響眼寬和傳輸線不同負(fù)載效應(yīng)的特定效應(yīng)很有用。在實(shí)施一些高速數(shù)據(jù)協(xié)議時(shí)，邊沿速率也可以是眼圖中測試的另一個(gè)參數(shù)，以確保發(fā)送器性能正常。根據(jù)規(guī)范，邊沿速率可以以略微不同的方式測量，例如90%/10%、80%/20%或70%/30%的電壓水平。在此處所示的圖中，測量點(diǎn)是在90%/10%的電壓水平。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）用于將任何模擬量（例如重復(fù)電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字字。在理想情況下，數(shù)字字應(yīng)是被測模擬值的準(zhǔn)確表示。由于使用時(shí)鐘源對輸入模擬量進(jìn)行采樣，因此時(shí)鐘源中的噪聲會(huì)在采樣值中引入噪聲。
假設(shè)輸入為帶限的正弦信號(hào)，信號(hào)的斜率將取決于正弦頻率。時(shí)鐘源中的抖動(dòng)乘以輸入信號(hào)的斜率，并在采樣器處轉(zhuǎn)換為噪聲，在此情況下為電壓噪聲。時(shí)鐘源抖動(dòng)越大，采樣器處的噪聲越大。輸入信號(hào)斜率越高，采樣器處的噪聲越大。
時(shí)鐘源中的抖動(dòng)將限制在特定信噪比下的最大輸入頻率。此處的圖示顯示了在不同時(shí)鐘源下ADC中可實(shí)現(xiàn)的信噪比的代表性曲線。有效信噪比公式中，σ為峰峰值時(shí)鐘抖動(dòng)。
Tips：一些關(guān)于jitter的常見問題及回答
1、為什么隨機(jī)抖動(dòng)是無邊界的？
答：隨機(jī)抖動(dòng)（Random Jitter, RJ）是指由較難預(yù)測的因素導(dǎo)致的時(shí)序變化。這些因素通常是隨機(jī)的、無界的，因此隨機(jī)抖動(dòng)也表現(xiàn)出相應(yīng)的隨機(jī)性和無界性。隨機(jī)抖動(dòng)沒有固定的模式或規(guī)律，其出現(xiàn)的時(shí)間和大小都是隨機(jī)的。
2、為什么時(shí)鐘抖動(dòng)不是時(shí)鐘邊沿的長期波動(dòng)。
答：時(shí)鐘抖動(dòng)是時(shí)鐘信號(hào)在時(shí)間上的偏差和波動(dòng)。它描述的是時(shí)鐘信號(hào)邊沿（如上升沿或下降沿）實(shí)際發(fā)生的時(shí)間與其理想發(fā)生時(shí)間之間的差異。這種差異通常是由于系統(tǒng)中的噪聲或其他干擾引起的。時(shí)鐘抖動(dòng)是短時(shí)的變動(dòng)，它不隨時(shí)間積累。這意味著在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，抖動(dòng)可能發(fā)生，但在下一個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)，抖動(dòng)的影響不會(huì)累積到下一個(gè)周期。
3、為什么對于不相關(guān)的噪聲源，峰峰值抖動(dòng)不是線性相加的。
答：不相關(guān)的噪聲源意味著這些噪聲源之間是相互獨(dú)立的，即一個(gè)噪聲源的變化不會(huì)直接影響另一個(gè)噪聲源。當(dāng)多個(gè)不相關(guān)的噪聲源同時(shí)影響系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)噪聲源都會(huì)貢獻(xiàn)一定的峰峰值抖動(dòng)。然而，這些貢獻(xiàn)并不是簡單地線性相加。因?yàn)槊總€(gè)噪聲源的抖動(dòng)分布是獨(dú)立的，所以它們的峰峰值抖動(dòng)在統(tǒng)計(jì)上是相互獨(dú)立的。在統(tǒng)計(jì)上，多個(gè)不相關(guān)噪聲源的峰峰值抖動(dòng)疊加結(jié)果并不是簡單的線性相加。實(shí)際上，疊加后的峰峰值抖動(dòng)將取決于每個(gè)噪聲源的抖動(dòng)分布、方差以及它們之間的相對大小。
4、為什么眼圖可以用來觀察時(shí)鐘抖動(dòng)。
答：眼圖（Eye Diagram）是用余輝方式累積疊加顯示采集到的串行信號(hào)的比特位的結(jié)果。通過將多個(gè)比特周期的信號(hào)疊加在一起（一般是通過示波器的存儲(chǔ)功能），眼圖展示了信號(hào)的形狀、噪聲、抖動(dòng)和其他不良現(xiàn)象。疊加后的圖形形狀看起來和眼睛很像，故名眼圖。眼圖的張開度（即眼圖“眼睛”部分的寬度）與抖動(dòng)和誤碼率緊密相關(guān)。眼圖張開越大，表明信號(hào)中的抖動(dòng)越小，數(shù)據(jù)誤碼率較低。反之，如果眼圖的開口變得很小或模糊，通常表示信號(hào)中存在過多的抖動(dòng)或噪聲，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的解碼錯(cuò)誤。
5、為什么ADC的信噪比（SNR）可能受到時(shí)鐘抖動(dòng)的限制。
答：ADC在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)，使用時(shí)鐘信號(hào)來控制采樣的時(shí)間點(diǎn)。理想的時(shí)鐘信號(hào)具有固定的周期和邊沿，但實(shí)際的時(shí)鐘信號(hào)由于各種因素（如噪聲、干擾、電路不穩(wěn)定性等）會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，即時(shí)鐘邊沿相對于理想位置發(fā)生短時(shí)偏移。時(shí)鐘抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致ADC在錯(cuò)誤的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行采樣。這種采樣時(shí)間的偏移會(huì)引入采樣誤差，表現(xiàn)為采樣值的偏差。這些偏差在數(shù)字信號(hào)中表現(xiàn)為噪聲，從而降低了ADC的信噪比。
時(shí)鐘抖動(dòng)對ADC信噪比的影響可以通過以下公式估算：
?20*log10(2π*fin*tjitter)
其中，fin是輸入信號(hào)頻率，tjitter是時(shí)鐘抖動(dòng)。
從公式中可以看出，輸入信號(hào)頻率越高，時(shí)鐘抖動(dòng)越大，ADC的信噪比下降越明顯。這是因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1568173.html">高頻信號(hào)對采樣時(shí)間的偏移更加敏感，微小的抖動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致較大的采樣誤差。
