信號完整性分析基礎系列之五——抖動的分類

胡為東 美國力科公司上海代表處

2009年6月

【摘要】
本文簡要介紹了信號抖動在不同情況下的分類，如時鐘信號的抖動分類，數據信號的抖動分類以及這兩類抖動之間的聯系，指出了實際抖動測試過程中的注意事項，對抖動分析測試有一定的參考意義。

【關鍵詞】
峰峰值抖動 相位抖動 周期抖動固有抖動隨機抖動

一、峰峰值抖動、均方根抖動

過去多年來用于量化抖動的最常用的方法是峰峰值抖動（Peak-to-peak Jitter）和均方根抖動（Root-Mean-Square Jitter,抖動直方圖或者抖動分布的1 或者RMS值）。但是由于隨機抖動以及非固定抖動的存在，使得抖動的峰峰值隨著觀察樣本數量的增加而增加，因此說峰峰值抖動參數用于衡量固有抖動會很有效，但是衡量隨機性抖動卻會出現很大誤差；相同的道理，由于固有抖動及非高斯性抖動和噪聲的存在，使得抖動的直方圖或者分布圖不呈現完全的高斯分布，因此統計得到的抖動的1σ或者RMS值不等于真實高斯分布的1 值。

峰峰值抖動和均方根抖動均是對某一類抖動的統計分析指標。

二、相位抖動、周期抖動、相鄰周期間抖動

由于時鐘系統是數字電路系統非常關鍵的一部分，直接決定了數據信號發送和接收的成敗，是整個系統的主動脈，因此時鐘的抖動一直備受關注。描述時鐘系統的抖動參量一般分為三類，即相位抖動（Phase jitter）、周期抖動(Period jitter)、相鄰周期間抖動(Cycle to cycle jitter).

1、相位抖動
在數字系統中，兩個邏輯電平之間的切換通常伴隨著快沿的出現，這些邊沿在時序上的不穩定性就叫做相位抖動（phase jitter,有時也叫累積抖動，accumulated jitter，指實際邊沿位置與理想邊沿位置的偏差，以時間為單位，也可以換算成弧度，角度等）；相位抖動是相位噪聲在數字域的等效體現，它是離散量，因此只有當邊沿存在時候才有定義。

理想邊沿位置一般定義在數字信號一個比特位時間間隔的整數倍位置處。如下圖1所示為某一

不會直接使用時鐘的邊沿來保證時序關系，而是看周期的穩定性，也就是周期的抖動，有時候時鐘周期越長，可能帶來保持時間余量不足的問題，這個時候就需要測量周期抖動；而相鄰周期間抖動常常可以用來衡量時鐘分頻器的穩定性。總之，這三種抖動都是衡量時鐘本身性能的指標，在不同的應用背景下需要關注不同的指標，通常時鐘芯片的手冊會給出對時鐘的抖動指標要求。