芯耀
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時鐘抖動是時鐘邊緣相對于時鐘預期或理想位置的短期波動或變化。任何來源，如周期性、非周期性或數(shù)據(jù)依賴性來源，都可能導致時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）、時鐘生成電路的不完善、電源噪聲、板級缺陷（如串擾、數(shù)據(jù)依賴性干擾、由于端接不良引起的反射）以及其他板級原因、系統(tǒng)級缺陷（如電磁干擾敏感性）。時鐘抖動通常可以分為兩大類：無界或隨機抖動和有界或確定性抖動。
無界或隨機抖動是由系統(tǒng)中隨機或高斯過程引起的。這種噪聲源的瞬時值是無界的，并且是每個系統(tǒng)固有的。確定性抖動是由非隨機過程引起的，并不是每個系統(tǒng)都固有的。確定性抖動可以是周期性的，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既可以是非相關(guān)的，也可以是相關(guān)的。雖然隨機抖動難以消除，但通過精心的系統(tǒng)設(shè)計可以減少確定性抖動。
有界抖動表示為峰峰值抖動，而無界抖動表示為均方根（RMS）抖動。峰峰值抖動定義為時鐘邊緣的最小偏差和最大偏差之間的差異。當對不同樣本長度（根據(jù)JEDEC標準為10,000個樣本）計算抖動時，直方圖遵循正態(tài)或高斯分布。RMS抖動是該直方圖的一個標準差σ的值。峰峰值抖動是直方圖上的最大和最小測量值之間的距離。
由于隨機抖動是無界的，因此需要一個最大誤碼率（BER）來將RMS抖動轉(zhuǎn)換為峰峰值抖動。誤碼率定義為單位時間間隔內(nèi)的錯誤比特數(shù)。例如，誤碼率為10的負12次方表示在10的12次方個周期中最多有一個比特錯誤。為了將RMS抖動轉(zhuǎn)換為峰峰值抖動，基于高斯噪聲模型的假設(shè)，使用了一個誤碼率乘數(shù)。對于誤碼率為10的負12次方，峰峰值抖動等于RMS抖動的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抖動計算出峰峰值抖動。
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。其中一個因素就是時鐘抖動。如果時鐘抖動過高，接收器端無法恢復數(shù)據(jù)。為了評估串行鏈路的性能，使用數(shù)據(jù)依賴性的電氣測量來評估高速數(shù)據(jù)質(zhì)量和高速發(fā)送器-接收器性能。
眼圖是設(shè)計和模擬系統(tǒng)、評估具有高速鏈路的產(chǎn)品時可使用的一種通用工具。為了生成眼圖，對輸入數(shù)據(jù)進行重復采樣，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，眼圖會閉合，數(shù)據(jù)傳輸錯誤會很高。當鏈路質(zhì)量良好時，眼圖會顯示清晰的眼開。
可以觀察參考時鐘相對于零均值頻率誤差的理想時鐘的眼圖。還可以在此眼圖中觀察參考時鐘的抖動。眼圖還可以進行幾項關(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單位間隔內(nèi)采樣一個比特有多少時間。
這項測量通常在眼圖最寬的部分或交叉區(qū)域進行。達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的總抖動進行測量，并將其分解為基本組成部分。
隨著總抖動的增加，信號的可用眼寬減小，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?？偠秳恿看蟮南到y(tǒng)往往信號性能較差，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，通過引入高速信號調(diào)理器，可以減少系統(tǒng)中的抖動量，并恢復一些眼寬，從而有助于通過眼模測試、實現(xiàn)可接受的信號質(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，這對于確定可能導致交叉區(qū)域偏移、影響眼寬和傳輸線不同負載效應(yīng)的特定效應(yīng)很有用。在實施一些高速數(shù)據(jù)協(xié)議時，邊沿速率也可以是眼圖中測試的另一個參數(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)是被測模擬值的準確表示。由于使用時鐘源對輸入模擬量進行采樣，因此時鐘源中的噪聲會在采樣值中引入噪聲。
假設(shè)輸入為帶限的正弦信號，信號的斜率將取決于正弦頻率。時鐘源中的抖動乘以輸入信號的斜率，并在采樣器處轉(zhuǎn)換為噪聲，在此情況下為電壓噪聲。時鐘源抖動越大，采樣器處的噪聲越大。輸入信號斜率越高，采樣器處的噪聲越大。
時鐘源中的抖動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鐘源下ADC中可實現(xiàn)的信噪比的代表性曲線。有效信噪比公式中，σ為峰峰值時鐘抖動。
Tips：一些關(guān)于jitter的常見問題及回答
1、為什么隨機抖動是無邊界的？
答：隨機抖動（Random Jitter, RJ）是指由較難預測的因素導致的時序變化。這些因素通常是隨機的、無界的，因此隨機抖動也表現(xiàn)出相應(yīng)的隨機性和無界性。隨機抖動沒有固定的模式或規(guī)律，其出現(xiàn)的時間和大小都是隨機的。
2、為什么時鐘抖動不是時鐘邊沿的長期波動。
答：時鐘抖動是時鐘信號在時間上的偏差和波動。它描述的是時鐘信號邊沿（如上升沿或下降沿）實際發(fā)生的時間與其理想發(fā)生時間之間的差異。這種差異通常是由于系統(tǒng)中的噪聲或其他干擾引起的。時鐘抖動是短時的變動，它不隨時間積累。這意味著在一個時鐘周期內(nèi)，抖動可能發(fā)生，但在下一個時鐘周期開始時，抖動的影響不會累積到下一個周期。
3、為什么對于不相關(guān)的噪聲源，峰峰值抖動不是線性相加的。
答：不相關(guān)的噪聲源意味著這些噪聲源之間是相互獨立的，即一個噪聲源的變化不會直接影響另一個噪聲源。當多個不相關(guān)的噪聲源同時影響系統(tǒng)時，每個噪聲源都會貢獻一定的峰峰值抖動。然而，這些貢獻并不是簡單地線性相加。因為每個噪聲源的抖動分布是獨立的，所以它們的峰峰值抖動在統(tǒng)計上是相互獨立的。在統(tǒng)計上，多個不相關(guān)噪聲源的峰峰值抖動疊加結(jié)果并不是簡單的線性相加。實際上，疊加后的峰峰值抖動將取決于每個噪聲源的抖動分布、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鐘抖動。
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的比特位的結(jié)果。通過將多個比特周期的信號疊加在一起（一般是通過示波器的存儲功能），眼圖展示了信號的形狀、噪聲、抖動和其他不良現(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）與抖動和誤碼率緊密相關(guān)。眼圖張開越大，表明信號中的抖動越小，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，通常表示信號中存在過多的抖動或噪聲，可能導致數(shù)據(jù)的解碼錯誤。
5、為什么ADC的信噪比（SNR）可能受到時鐘抖動的限制。
答：ADC在將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時，使用時鐘信號來控制采樣的時間點。理想的時鐘信號具有固定的周期和邊沿，但實際的時鐘信號由于各種因素（如噪聲、干擾、電路不穩(wěn)定性等）會產(chǎn)生抖動，即時鐘邊沿相對于理想位置發(fā)生短時偏移。時鐘抖動會導致ADC在錯誤的時間點進行采樣。這種采樣時間的偏移會引入采樣誤差，表現(xiàn)為采樣值的偏差。這些偏差在數(shù)字信號中表現(xiàn)為噪聲，從而降低了ADC的信噪比。
時鐘抖動對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是輸入信號頻率，tjitter是時鐘抖動。
從公式中可以看出，輸入信號頻率越高，時鐘抖動越大，ADC的信噪比下降越明顯。這是因為高頻信號對采樣時間的偏移更加敏感，微小的抖動就會導致較大的采樣誤差。
