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时间抖动(jitter)的概念及其分析方法

作者:时间:2012-01-29来源:网络收藏
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测量时刻相关,分布上有具有有界峰峰值的的统称。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。

的分析手段
1.统计特性和统计直方图
由于所有包含的信号中都有随机成分的存在,因此统计计算被广泛应用在性能的评估中。常用的统计参数有平均值、标准差、最大值、最小值、峰峰值等。通常采用直方图的形式来形象的描述jitter的这些统计特性。
统计直方图的横坐标是jitter的大小,纵坐标是jitter在某一区间内出现的频率。当测量次数足够多时,直方图是对jitter大小的概率密度函数的一个很好的估计,因此在通过jitter估计系统误码率时,统计直方图发挥着及其重要的作用。

图3 随机抖动的统计直方图图4 周期抖动的统计直方图

需要注意的是直方图中不包含每个jitter点发生的先后顺序,因此不能用来显示jitter中存在的周期性信息。
2.Jiiter—时间曲线和Jitter的频率谱
由于统计直方图不能显示Jitter中存在的调制或周期性成分信息,这时可以用Jitter-时间曲线来描述Jitter随时间变化的趋势。曲线的横坐标为测量Jitter的时刻,纵坐标为Jitter的大小。这样从图中就可以清楚的看到Jitter随时间变化的模式。
既然Jitter中有随时间周期变化的成分,那么有一个很显然的分析手段就是对Jitter-时间曲线做傅立叶变换,从而得到其频域的特征。

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

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IFF



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