抖动的概念和抖动的测量方法

图5 Jitter－时间曲线图6 Jitter频谱

3．眼图
目前为止，眼图仍然是分析数字通信过程中的一种定性而方便的方法，它可以同时给出传输的幅度信息和时间信息。将一系列波形的短段将叠加在一起，与额定边沿位置和电压电平对齐。一旦抖动达到+-0.5UI，眼睛会闭上，接收机电路会出现误码。
需要注意的是在测量眼图时使用的触发源应该是有高频率稳定度低Jitter的标准时钟源，其指标直接影响到测量的精度。如果直接用测试信号的边沿做触发，需要示波器有时钟恢复功能。

图7数字信号的眼图

四、时间抖动的模型
为了更好的对jitter进行描述，需要建立一套模型来分析不同情况下jitter的影响。根据产生jitter的原因不同，对jitter模型一般如下：

图8Jitter模型

1．随机抖动（RJ，Random Jitter）
随机抖动是时间上的噪音，并没有任何已知的模式。尽管在随机过程的理论中，随机抖动可能有各种概率分布，但是jitter模型中通常假定为高斯正态分布。原因有两个：第一，许多电路中，随机噪声的主要来源是热噪声，其具有高斯分布；第二，根据中心极限定律，许多独立不相关噪声源叠加后趋近于一个高斯分布。由于随机抖动满足高斯分布，因此它的峰值是无界的。这是随机抖动区别于确定性抖动的重要特征。
2．确定性抖动（DJ，Deterministic Jitter）
相对于随机抖动，确定性抖动（DJ）是可以重复和预测的时间抖动，因此，DJ的峰峰值是有界的，而这个边界的位置随着测量次数的增加可以逼近真实值。DJ又可以分成几种，每种有自己的特点和背后对应的物理机制。
1)数据依赖型抖动（DDJ，Data Dependent Jitter）
数据依赖型抖动是和数据每一位内容相关的抖动。通常产生DDJ的原因是数据流通过带宽明显受限的信道时，出现码间干扰（ISI）而引起的。DDJ通常具有两个分立脉冲形式的直方图，并且两个峰的高度相同（根据峰所处的位置又可以分成高概率DDJ和低概率DDJ）。
2)占空比失真抖动（DCD，Duty Cycle Distortion）
占空比失真抖动是当时钟信号占空比不是50％时，由于过零点的位置不同所带来的测量抖动。其产生的原因有两种，其一，信号上升沿的摆率和下降沿的摆率不同，其二，由于判决阈值偏高或偏低。DCD通常具有和DDJ类似的两个分立脉冲形式的直方图，并且两个峰的高度相同。
3)有界不相关抖动（BUJ，Bounded Uncorrelated Jitter）
有界不相关抖动是一类在时间上不与jitter测量时刻相关，分布上有具有有界峰峰值的时间抖动的统称。其来源通常有3种：电源噪声。由于供电电源带来的噪声，可能会影响误码率；串扰和外部噪声。由于传输过程中可能由相邻传输线或外部电磁干扰引起的噪声；周期性噪声。由于各种周期性噪声带来的信号周期性抖动（PJ，Period Jitter）。例如：开关电源噪声或测试时使用的周期信号。只有单一频率成分的周期性抖动（PJ）具有一个两端为峰值中间凹陷形式的直方图。
3．Jitter的分离
由于实际测试中，往往得到的复合时间抖动是由以上两种或几种Jitter模型的组合。利用概率论的知识可以知道复合抖动概率密度函数是组成该抖动的各个随机变量的概率密度函数的卷积。例如，一个DCD抖动和一个随机抖动的概率密度函数是将随机的高斯分布调制到DCD的两个尖峰上。此外，对于周期性抖动（PJ）不光有基波成分，往往还伴随着高次谐波。
五、时间抖动的测量
下面我们对现有的Jitter测量技术做一下简单介绍。根据测试仪器和测试目的的不同，可以将直接测量技术分为两大类：一、以得到Jitter时域或频域特征为目的的测量方法，如实时采样示波器、等效采样示波器、时间间隔测量仪等；二、以得到Jitter统计特征为目的的测量方法，如误码率测量仪、不含触发或外时钟模式下的时间间隔分析仪、带有统计分析功能时示波器等。现在有些仪器同时具有时频测量和统计分析的功能，因此在Jitter测量中得到广泛的使用。此外，还可以通过对相位噪声的测量间接测量时间抖动。如下我们介绍几种常用的测试方法。
1．示波器测量Jitter
使用示波器测量信号的Jitter首先要求示波器有足够的带宽、信噪比、分辨率、时间准确度和信号保真度，以减少测量误差带来的影响。示波器内部往往采用软件的时钟恢复手段恢复出理想的边沿时刻（当然也可以采用外接高品质时钟源触发作为理想边沿时刻），此时示波器就可以通过叠加生成眼图。通过对眼图的分析，从而得到Jitter的各种参数。
在使用示波器分析的时候，往往需要进一步做Jitter分析，以得到误码的性质。这时需要输入数据流按一定规律重复发送（通常采用伪随机序列发生器），以使DDJ成分的能量尽量集中。通过示波器采集到这样的码流波形后，就可以做如下分析。
1)通过采样得到的数据进行内插恢复出采样波形，对于某个判决电平计算出每个边沿的过判决时刻；
2)通过软件金琐相环的方法恢复出输入信号的时钟，并分别计算出每个边沿的jitter大小；
3) 对于连1或连0等不存在边沿的地方，通过线性内插法得到对应的Jitter；
4)对得到的Jitter－时间函数做FFT，得到Jitter的频谱。
接下来就可以通过对Jitter频谱的分析，找出对应的DCD、DDJ、PJ对应的峰值，以及RJ的底噪大小。然后分离出各个成分做IFFT就可以得到各个成分的Jitter－时间函数了。这里具体结果和FFT的分辨率、窗函数的选择有很大关系。
目前许多示波器生产厂家提供了跟示波器配套的分析软件，可以按一定模型对Jitter做有效地分解分析。例如：Tektronix提供的TDS JIT3就是用来配套TDS5000以上示波器的Jitter分析套件。
2．误码率测试仪测量Jitter
前面提到Jitter会导致接收误码，反过来，如果能测得误码率的情况也应该能推出Jitter的特性。使用误码率分析仪测量Jitter的方法就是基于这种思想而提出的。
采用误码率分析仪通常采用两个通道，将其中一个通道保持在眼图的中心位置，而使用另一个通道完成误码率测试。这样就不需要知道发送端码流的情况，因而不需要重复发送某种模式的编码。同时还能很好的解决同步问题。
通过对误码率分析仪可以对眼图各个方向上进行扫描，得到眼图的清晰轮廓，对于分析Jitter可以提供很多有价值的数据。
3．通过相位噪声间接测量Jitter
如前所述，抖动和相位噪声所描述的是同一现象的特征，因此，如果能从相位噪声的测量结果中导出抖动的值将是有意义的。在对晶振测量时经常会给出相位噪声这一指标，可以推到出该晶振可能带来的抖动。