时钟抖动的定义与测量方式

相位噪声在离散时间域上的表现，单位为秒或皮秒。图7形象地描述了TIE的基本概念。理想信号通常是由软件对被测信号的周期进行平均估计得到的。

图7测量单个信号边沿的TIE

3.1绘制时域TIE图

图8的最上面一行是一组时钟的的波形，红色表示周期为1000ps的理想时钟，黑色表示带有抖动的实际时钟。为了方便表示，只画出了时钟的上升沿。在时钟序列的开始，理想边沿与实际边沿重合（以此作为参考点），之后由于抖动，黑色的实际时钟边沿开始随着时间漂移，时而领先时而落后于红色的理想时钟。

图中的Clock Period曲线表示所测得黑色时钟的各个周期长度。本例中黑色时钟不是990ps就是1010ps（为了方便理解，理想化了，和第一行也不太对的上，凑合看吧）。

Period Change曲线则描述了每个时钟周期与前一个周期的变化量。如果黑色时钟的两个相邻周期长度相同，那么Period Change曲线就会保持平坦，反之就会发生变化。例如：……（兔子就不举例了都能看懂）总而言之该曲线描绘了时钟周期的变化。

TIE曲线则记录了理想边沿和实际边沿之间的累计误差。此一例中，TIE曲线开始时向下增长，这是由于最初的四个时钟周期里每个实际周期都比理想周期长度要少10ps。在累积了-40ps的抖动误差后，曲线从第5个周期开始向上增长，这也是由于第5个时钟的实际周期比理想周期多10ps。

TIE测量在检验数据流（通常是串行通信接口）的特性时非常有用，这些传输接口的时钟通常由时钟数据恢复（CDR，Clock/Data Recovery ）电路从数据信号中恢复出来。比如较大的TIE值可能就说明了CDR中PLL的响应速度太慢了跟不上数据流的数据变化速率。

图8 TIE图

4采用实时示波器测量抖动

4.1示波器设置指导

测量时钟抖动最通用的设备当属实时数字示波器，本章将为大家介绍如果设置示波器以达到更高的测量精度。

数字示波器采用内部时间基准来定期采样输入的数据，其采样率可由1Gsps到40Gsps不等。图9列举了数字示波器采样和显示信号的方式。图底部的箭头表示采样点，实线是实际的信号，黑点为采样得到的数据，而示波器显示出的图像（虚线）为根据采样数据经过优化得到的曲线。

也许你会发现采样值与实际信号并不一致，这是因为示波器量化的过程中存在误差。大多数误差是因为示波器为了在设计性能和成本之间寻求平衡而带来的固有误差，但我们通过适当的设置可以缓解为了省钱带来的精确度问题。下面我们就就来探讨一下造成这些误差的主要原因以及如果通过设置来降低他们对抖动测量的影响。

图9数字示波器的采样及显示

4.1.1前端放大器误差

数字示波器的输入信号要经过模拟放大器才能被ADC数字化，而放大器产生的噪声与示波器输入带宽成正比：带宽越宽，噪声越大（兔子：这也是测电源纹波的时候要限制带宽的原因）。但是一位地减小带宽会影响示波器对信号上升和下降时间的采样，也会引入很大的误差。

这里有一个通用的描述信号边沿上升/下降时间和贷款关系的等式：

*等式5

其中上升时间或下降时间测量位置为信号边沿电平的20%~80%之间。某司推荐将示波器带宽设置为信号带宽的3倍（另有某司出面认为3倍不足以还原信号边沿的细节，至少应为5倍），另外在一些示波器中，带宽只能随着最高采样率的设置改变，甚至有的示波器带宽完全不能设置。

4.1.2垂直增益引起的量化噪声

量化误差是指采样值与采样点实际信号值之间的差别，这种误差如图9所示。引起这种误差的一部分因素来自于为调整示波器Y轴显示而设置的垂直增益。如果垂直增益过小，示波器可能无法有效利用内部ADC的完整分辨率（很多示波器只有8位的AD）。

某司推荐调整示波器垂直增益直至波形撑满屏幕Y轴。某些示波器中甚至可以将波形调至略微超出Y轴显示范围，从而使用ADC的额外bit位。不过这一特性取决于你使用的示波器，具体可以咨询厂家。

4.1.3低采样率引起的量化噪声

还有一部分量化噪声是由于示波器横轴方向采样点数不足造成的。某司推荐在信号上升/下降沿的20%~80%电平间至少有3个采样点，由此可以推出示波器设置的最低采样率要求。例如，如果信号上升时间1ns并且需要在这段时间里保证4个采样点，那么示波器至少要设置4Gsps的采样率。如果你的示波器性能高于这个标准，那么就越大越好啦，设置成最高采样率（实际上除了限制带宽以外，大部分的示波器软件都能根据实际信号自动调节到最佳的横轴和纵轴）。

4.1.4时间基准抖动

数字示波器采样点的选择源于内部时间基准。作为一个时钟源，时间基准自身存在抖动，并且会增加测量信号抖动时的误差。一般来说，时基抖动应该小于被测信号抖