基于示波器抖动分析的jitter分类及其特点

对于数据或时钟的抖动测量一般基于两类仪器，一类是示波器，还有一类是相噪分析仪。相噪仪由于其噪声低被广泛应用在时钟信号的评估上，但由于它是基于锁相的原理其不能分析数据信号和展频的时钟信号。本文主要总结基于示波器抖动分析的jitter分类及其特点。
  Jitter指的是对于时钟或数据边沿与理想位置的偏差，如下图所示：
 

如果理想的边沿在上图黑线的位置，实际电路中由于各种噪声导致边沿的位置或早或迟于理想位置。那么为什么要对jitter进行分类或分解？主要基于两点考虑。一是现在的高速数据接口通常都对误码率有着极高的要求（egE-12 BER）。如果直接测量测量误码率（发送大量数据，通过统计误码来计算BER），将花费大量时间，误码率越低所需时间越长。其实我们也可以通过jitter来推断误码率，总体jitter可以根据测量到的分量值计算得到。这样可以极大地缩短测量时间，也就是减小了测量成本。另一方面对jitter分类之后便于找出jitter性能差的原因并优化。
  接下来介绍jitter的分解。典型的分解如下图：
 

整个jitter可以分为RJ（随机性Jitter）和DJ（确定性jitter）两大类。它们的分类主要跟根据是否有界，也就是是否有最大值来区分。RJ在分布上是高斯分布，其没有边界的也就是没用最大值，通常用有效值来描述。DJ是确定的，有边界的。整个jitter就可以根据下面的公式计算： TJ = (σ x RJ) + DJ
  由于RJ是高斯分布，针对不同的BER会有不同的系数σ。

其中DJ又分为与传输数据有关的DDJ和与数据无关的PJ。讲到与数据的相关性其实RJ也是与数据无关。特意将与数据是否相关提出来是由于在实际调试过程中可以根据jitter是否跟数据相关来优化高速接口系统的不同方面。比方说当发现DDJ比较大时重点考虑优化接口系统收发机的预加重和均衡。当发现RJ或PJ比较大时应重点优化时钟参考信号，内部PLL参数和电源等。
  接下来说说示波器是如何根据输入信号来分离出各个jitter的。总体上首先分离的是DDJ, 然后分离出PJ，最后得到RJ。下面简要介绍下如何分离的原理，有兴趣的请参考文[1]
  DDJ：根据输入信号是否具有周期性采用不同的方式。如果输入是周期性码元可以按照不同比特对TIE（time interval error）进行抽取并作FFT后的DC分量就是各个比特的DDJ。如下图示意
 

对于输入为任意数据类型，可以通过特殊的filter来分离。对于DDJ一般由于上升沿和下降沿不对称和传输链路带宽不足引起。所以才说当发现DDJ较大时着重优化链路的预加重和均衡。

分离出DDJ之后就只剩下PJ和RJ。PJ是周期性jitter，看到周期性我们也就很自然地想到了做FFT从频率处理，如下图：

PJ主要来自时钟信号的spur,电源纹波的干扰和其他周期信号的串扰。 分解出各个分量之后我们就可以根据双狄拉克模型来获得整个jitter，如下图：

这里需要重点提出来的一点是示波器分析得出的DJ并不是直接的测量结果，它实际上是一种模型值。注意这一点才能理解为什么有时候会发现示波器测量结果中DJ小于DDJ。