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簡單理解抖動Jitter測量

冬至子 ? 來源:射頻微波實(shí)驗(yàn)室 ? 作者:陳峰 ? 2023-07-07 17:30 ? 次閱讀

抖動jitter的有關(guān)概念和理論很多,容易把人抖暈;本文目的是幫助產(chǎn)品研發(fā)和測試工程師,不需要研究時頻域抖動測量的原理和公式,只講用什么手段測抖動,以及測試值的表達(dá)含義。

圖片

確定性抖動 ,在時域上表現(xiàn)為周期性,在頻域上表現(xiàn)為相噪離散窄帶峰值譜線,其來源是串?dāng)_和干擾。 隨機(jī)抖動 ,在時域上呈現(xiàn)高斯分布,在頻域上對應(yīng)相噪寬帶平緩噪聲譜線。

周期性抖動

(邊沿正弦變化)

圖片

隨機(jī)抖動

(邊沿隨機(jī)跳變,高斯分布)

圖片

****◎ **◎ **時鐘抖動測量

短期抖動:* 周期抖動(Jper)* 周期間抖動(Jcc);長期抖動:* 時間間隔誤差(TIE),也就是相位抖動。

圖片

Jper = P(av) – P(n)* 其中P(av)是平均周期,P(n)是第n個測量周期;Jcc = P(n) – P(n-1)* 如上圖C2、C3;Jcc可擴(kuò)展N-cycle jitter = P(n) – P(n+N-1);TIE = t(n) – t(REF)* t(REF)是理想時間參考點(diǎn)。

測量值常用RMS值和峰峰值p-p表示,Jp-p = 2σ* Jrms,σ見下表。查表的依據(jù),第1列和第3列,是測量值個數(shù),或者是誤碼率期望目標(biāo)。例如,目標(biāo)BER=1E-12,Jp-p = 14.07 * Jrms

表1:樣點(diǎn)/BER vs 標(biāo)準(zhǔn)差/系數(shù)

1.jpg

表格中的數(shù)據(jù)來源,參考Matlab算法:formatlongE;fori = 1:14sigma(i) = norminv(10^(-i))end

**◎ **◎ 抖動測量儀器

示波器是抖動測試的常用儀器,作為時域測試設(shè)備,示波器可以直接測量和統(tǒng)計(jì)信號抖動,顯示各項(xiàng)抖動的RMS以及pk-pk值。示波器特別適合測量數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動,另外常用在信號頻率不高,在百M(fèi)Hz以下,并且標(biāo)稱是ns級抖動的信號抖動分析。

下圖例Jcc測量:

  • Jcc-rms= 1.7776ns,
  • Jcc-p-p= 14ns(統(tǒng)計(jì)次數(shù)4409)

圖片

|相噪分析儀(或頻譜儀相噪測量功能)是在頻域分析,測量總抖動、離散抖動(周期性抖動)和隨機(jī)抖動,直接獲得各項(xiàng)抖動的RMS值。相噪分析儀適用頻率范圍很高(50GHz甚至更高),抖動測量靈敏度達(dá)到fs級別。

下圖中,測量值含義:

  • 10Hz~30MHz總抖動TJ = 2.41ps;
  • 隨機(jī)抖動RJ = 1.01ps;
  • 離散(確定性)抖動DJ = 1.98ps。

圖片

頻域測量抖動時注意:* R&S頻譜儀和相噪分析儀抖動讀數(shù)有總抖動、隨機(jī)抖動和離散抖動,其它頻域分析儀大都只有一個總抖動。* 離散(確定性)抖動通過雜散頻點(diǎn)功率計(jì)算獲得,但是雜散功率大于頻譜曲線上的峰值點(diǎn)光標(biāo)讀數(shù),雜散功率是RBW內(nèi)相噪積分。

  • 總抖動與Offset積分頻率范圍相關(guān),在相同范圍內(nèi),TJ≈SQRT(DJ^2+RJ^2),TJ數(shù)值可能更大一些,因?yàn)樵谟?jì)算DJ的功率power時,積分帶寬采用1個RBW,而在總抖動TJ計(jì)算時,RBW以外和沒有評價為雜散的較大電平值也加入計(jì)算。* 頻域測量值是RMS,乘以倍數(shù)2√2計(jì)算長期抖動TIE峰峰值;短期抖動峰峰值的系數(shù),同樣可以參照表1,根據(jù)BER期望值選取。
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