摆脱抖动困扰——如何应用多种测量策略来识别噪声源

摆脱抖动困扰的第一步是了解抖动。

抖动是如何造成的？

产生抖动的原因多种多样，其中包括以下几种：

•系统现象：例如辐射或传导带来的串扰、色散效应和阻抗失配。

•数据相关现象：特定的数据码型才会带来的问题，包括码间干扰、占空比失真和伪随机性周期等问题。

•随机噪声现象：这一现象可能由热效应导致，也可能来自于导体中的电子流相关的噪声、由半导体中的电子和空穴噪声引起的散粒噪声，或粉红噪声频谱(与时钟频率的倒数相关的)。

随机性与确定性

抖动源通常可分为“有界”或“无界”。

有界抖动源在可识别的时间间隔内达到最大和最小相位偏差。有界抖动是由系统和数据相关的现象造成。无界抖动源具有随机性，并且(理论上)幅度随着时间的无限而无限增加。

信号上的总体抖动(定义为其相位误差)是影响信号的确定性抖动和随机抖动的总和。

确定性抖动分量通过增加其产生的最大相位超前和相位时延来定义，而随机抖动是影响信号的所有随机噪声源之和。

通过眼图查看抖动

如何知道自己的抖动问题有多糟糕？眼图可以帮助您，通常示波器现实信号是随着时间一个一个比特来显示，眼图显示方式则是把所有比特位叠加在一起显示，如图1所示。

该眼图的眼角处代表信号处于过渡阶段，在中心点处，信号逐渐变为稳定的电平，形成张大的“眼睛”。如果电路的接收端在图中的X时间点对信号进行取样，因为这时波形已经稳定，误判电平的概率会非常低。图2所示为一个更真实的眼图，从中可以了解很多关于信号的信息。

我们一一列出图2的细节：

•底部有四个不同的迹线，代表着4个0；

•波形上升沿和下降沿是不同的，表明存在确定性抖动;

•上升沿比下降沿的离散程度更大，并且一些交叉点在阈值电平以下相交，表明占空比有失真，导致0的导通时间比1更长。

了解抖动的其他方法

直方图

直方图展现的是参数沿x轴的取值范围，y轴为其发生的频率。在抖动分析中，直方图可用于绘制波形参数，如上升时间、下降时间、周期或占空比，从而显示可与电路条件相关的条件。

图3中的直方图表示的是时钟信号中的周期抖动。右边的双峰表示信号包含二次和四次谐波。

浴缸图

图4中的浴缸图表示的是信号的比特误码率(BER)与其采样点之间的关系。水平标度代表的是传输一个符号所花费的时间。BER通过垂直对数标度表示。

当采样点处于或接近跳变点(0和TB)时，BER为0.5，这意味着一个比特传输成功与传输失败的概率相同。曲线在这些区域内相当平坦，抖动绝大部分是确定性抖动。随着采样点偏离跳变点，随机抖动逐渐增加并占据绝大部分，BER会迅速下降。浴缸图(图1)显示，采样的最佳时间是在两次符号跳变的中途。

频域

相位噪声测量让您可以深入了解锁相环或晶体振荡器设计，并且可以帮助识别由杂散信号引起的确定性抖动。这种测量有助于优化时钟恢复电路和显示内部噪声源。

图5所示为锁相环的内部抖动频谱。噪声在2kHz频偏处达到峰值。图中还有线条可用于识别从60Hz到约800Hz的确定性抖动源，这些抖动可能由电源造成。频率线在2MHz到7MHz也很明显，可能来自参考时钟。获得抖动的频域视图还有另一种方式，即对时间间隔误差数据(被测信号和参考时钟之间的相位差)进行快速傅里叶变换(FFT)，这种方法可以快速揭示高电平现象。

结语

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