07-锁相环时钟的抖动

锁相环时钟的抖动2008年11月22日

什么是抖动？如下图所示，抖动是信号和此刻信号理想位置相比短时间的变化。

这种输出信号从理想位置的偏离会给数据传输质量带来负面影响。在很多情况下，其他的信号偏离，如信号偏差（signal skew），噪声耦合一起组合起来称作抖动。

偏离（用±ps来表示）可能发生在信号的上升沿或者下降沿。时钟信号可能会由不同的源导致或者耦合而来，并且在不同频率也不一样。

抖动过大会不正确的传输数据流，增加通讯信号的误码率（BER）。抖动会导致超过时序裕量，让电路不能正确工作。为了确保系统的可靠性，精确测量抖动很有必要。

1. 抖动源

通常的抖动源包括：

锁相环的内部电路

晶振的随机热噪声

其他振荡器

晶振振荡的随机机械噪声

信号传输器

走线和电缆

接口

接收器

除了这些源，端接依赖，串扰，反射，趋肤效应，电源塌陷，地弹和临近设备的电磁串扰也会增加抖动量。

如果存在临近的同步同相，反射和串扰都会被放大。除了电源和地导致的噪声，电路阻抗的变化是数据通讯电路中大部分抖动的来源。2. 抖动的组成

抖动的2个主要组成部分是随机抖动（random jitter）和确定性抖动（deterministic jitter）

1) 随机抖动

随机抖动是由于电路内部内在的噪声造成的，典型的是呈现出高斯分布。随机抖动（RJ）是由于随机源，如衬底和电源。电源噪声影响信号的上升速率在切换点产生时序问题。

随机抖动是平方的和，呈现钟形曲线。由于随机噪声没有边界，所以它的特性通过标准偏差来表示

2) 确定性抖动

确定性抖动依赖于数据样式（data pattern），来源于独立的源。源通常和设备传输介质有关，但是也有可能由电源噪声，串扰和信号调制有关。

确定性抖动时线性的相加，它通常有特别的源。确定性抖动没有按高斯随机分布，并且幅度有边界。确定性抖动（DJ）的特性通过它的边界，峰峰值来表示。

3. 抖动的种类

抖动的种类有很多。周期性抖动，周期间抖动，半周期间抖动将在下文具体描述。

1) 周期性抖动

周期性抖动是时钟输出转变时期（典型的是上升沿）和理想位置相比的变化。周期性抖动用时间或者频率测量和表达。周期性抖动测量用来计算系统中的时间裕量，如tSU和tCO。

2) 周期间抖动

周期间抖动是从一个时钟周期到下一个时钟周期之间的差别。周期间抖动很难测量，通常要用时间间隔分析器。

如下图所示，J1和J2是测量的抖动值。在多次测量中的最大值称作最大的周期间抖动。

3) 半周期间抖动

半周期抖动是测量是在一个周期到下半个周期时钟转变过程和理想位置对比的最大的改变。图3所示为半周期间抖动。

4. 抖动的指标

锁相环的特性测量需要一些参数。通常有3个指标来表示锁相环的特性，抖动生产，抖动容限，抖动传输。

1) 抖动生产

抖动生产是测量锁相环内在的抖动，在锁相环的输出测量。抖动生产是通过一个没有抖动的信号作为参考，来测量输出的抖动。抖动生产通常为周期抖动的峰值。

2) 抖动容限

抖动容限是测量在相对于基准频率情况下加入抖动情况下锁相环能正确运行的能力（例如，在不同频率的不同程度的抖动的情况下是否能保持锁定）。抖动容限通常为输入抖动的掩码。

3) 抖动传输

抖动传输和抖动衰减基于输入不同的抖动时，输出的不同程度的抖动。输入不同幅度和频率的抖动，输出用不同设置的带宽来测量。因为内在抖动始终存在，低频抖动会比高频抖动的衰减低。抖动传输典型为一个带宽图表。