抖動及其測量技術(07-100)

　　前言

　　時鐘是數字系統的一個重要信號，時鐘信號的質量會嚴重影響系統的性能。時鐘的一個重要指標是抖動，定義為時鐘輸出躍變在時間上相對于理想位置的短期變動，它反映了從一個周期到下一個周期，時鐘或數據邊沿到達時間的變化，抖動可以超前也可以落后，其測量單位用PS表示。

　　影響抖動的因素很多，主要來源包括：

• 　　相鎖環(PLL)內部電路;
• 　　晶體的隨機熱噪聲;
• 　　其它諧振器件;
• 　　晶體振動的隨機機械噪聲;
• 　　信號傳輸;
• 　　印制板走線、電纜、連接器等;
• 　　接收電路。

　　除了上述來源，終端依賴性、串擾、鄰近效應、電源變動、接地和電磁干擾都會增加抖動。而如果鄰近信號是同步與同相的，反射和串擾對頻率依賴關系還存在放大效應。

　　抖動成分

　　抖動的兩個主要成分是隨機抖動(RJ)和確定性抖動(DJ)。隨機抖動是電路中因有的噪聲引起的。電噪聲與信號的轉換速度相互作用在開關點產生定時誤差。RJ顯示出典型的高斯分布特性，是沒有邊界的，以平方和相加，通常用標準偏差(rms)值來表征。確定性抖動是數據圖形依賴的抖動，有確定的來源。來源通常與器件和傳輸媒介的不理想有關，也可能是電源噪聲、串擾和信號—峰值來表示。

　　抖動類型

　　抖動測量通常分為三類：即周期間抖動、周期抖動和積累抖動。所有抖動都是在規定電壓(通常是VCC/2或1.5V)下測量的，用PS來表示。

　　周期抖動(JPER)：JPER是最普遍的抖動度量方法，表示被測周期與理想周期之間的時間差。由于它的隨機性，可以用峰—峰值也可以用均方根值來度量。若時鐘在閾值VTH處定義的上升邊為TPER(n)，這里n是時間或指數，如圖1所示。JPER可表示為：

　　JPER=TPER(1)-T0

　　其中T0是理想周期值。