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测量MAX999比较器的输出抖动

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作者:时间:2007-10-25来源:Maxim

  抖动基本理论简介1

  光纤通道标准把抖动定义为“对事件理论定时的偏离”。抖动从根本上描述了系统的定时误差,它基本有两种类型:确定性抖动和随机性抖动。

  确定性抖动(DJ)定义为具有非高斯概率密度函数的抖动。确定性抖动表现为时间边界,有一定的产生原因:占空比失真(由上升沿和下降沿的时差产生)、EMI、串扰、接地和电源供电问题等。确定性抖动一般采用边界的峰值表示。

  随机性抖动(RJ)定义为具有高斯概率密度函数的抖动。随机性抖动不受振幅的限制,由RMS (均方根)值表示,它是均值等于零时的标准方差。随机性抖动的主要来源是系统元件的高斯热噪声(白噪声)。例如,中,热噪声和摆率相互影响,在输出切换点产生定时误差。

  确定性和随机性抖动之和或卷积后得到总抖动(TJ),它一般表示为峰值。将随机性抖动的RMS值转换为峰值引入了误码率(BER)的概念。对于高斯概率密度函数,峰值在理论上意味着无穷大的振幅。然而,通过选择极端峰值的概率或总抖动超过抖动预算时产生误码的概率,可以由RMS值计算得出实际的峰值。例如,小于10-12的峰值随机性抖动是RMS值的14.1倍。表1列出了峰值和RMS随机性抖动与BER的关系。

  表1. 峰值和RMS随机性抖动与BER的关系

  

  的抖动

  某些应用中,等高速用来对输入正弦波进行整形,产生时钟信号。由于的输出抖动决定了时钟抖动,因此,掌握比较器的抖动指标非常重要,以便准确计算时钟抖动。

  本应用笔记利用图1所示电路的输出抖动。通过小电阻分配网络,将反相输入端连接至固定的2.5V基准电压,选择较小的100Ω电阻是为了降低噪声。同相输入通过BNC连接器连接至HP8082A脉冲发生器,靠近同相端安装了一个50Ω匹配电阻。

  通过一个200Ω串联电阻和一个SMA连接器,将MAX999输出连接至Tektronix CSA8000信号分析仪。200Ω串联电阻和CSA8000的50Ω输入阻抗构成了一个分压网络,将CSA8000的输入信号衰减至略小于1VP-P。因此,该信号在仪表的最大输入范围之内。在电源以及比较器反相输入的2.5V基准处放置旁路电容。

  

  图1. 测量MAX999比较器输出抖动的电路

  CSA8000的随机性抖动规定为1.0ps RMS (典型值)和1.5ps RMS (最大值)。HP8082A脉冲发生器定义输出抖动为周期的0.1% + 50ps (峰值)。选择输出频率为80MHz,输出摆幅为1VP-P (终端匹配50Ω),中心点为2.5V。将脉冲发生器和CSA8000直接连接,能够测量7.7ps RMS的抖动。

  送入上述输入信号时,图1电路可测量11.2ps的RMS抖动。考虑到电路的简单结构、严格的电源滤波和较低的EMI环境,可以假设MAX999和外围元件引入的主要抖动是随机性抖动。

  假设脉冲发生器引入的抖动和MAX999的抖动不相干,可以根据式1估算后者的抖动:

  (RJ_PG)2 + (RJ_MAX999)2 = (RJ_MEAS)2(式1)

  图2提供了式1的参数。

  

  图2. 按照这一流程图,可以推导出MAX999的抖动。已知HP8082A脉冲发生器有7.7ps RMS,在CSA8000测量到11.2ps RMS,利用式1推算MAX999的抖动。

  从该式可以确定MAX999的RMS随机性抖动为8.1ps。

  抖动测量的基本假设以及误差源

  8.1ps RMS是对MAX999实际抖动的估算,如上所述,这一估算基于一定的假设条件,并受以下误差源的影响:

  CSA8000的1ps RMS抖动对测量产生影响,导致9%的不确定性。

  假设MAX999的抖动只与比较器本身以及周围电阻的热噪声的随机抖动有关,忽略了确定性抖动。

  忽略了两个在MAX999反相输入提供2.5V电压的100Ω电阻的噪声(0.9nV/),假设由并联电容构成的7kHz低通滤波器滤掉。

  200Ω输出串联电阻产生的噪声(1.8nV/)可能会形成另一误差源,因为它不受带宽的限制。但是,在下一节的讨论可以看出,与MAX999相比,它的影响也可以忽略。

  HP8082A脉冲发生器的抖动和MAX999的抖动不相干。

  抖动和噪声的关系

  随机性抖动是由MAX999和电阻热噪声(白噪声)引起的。请参考应用笔记3631:随机噪声对时序抖动的影响—理论与实践,了解随机性抖动和输入白噪声在放大器中相互作用的背景。在切换点,比较器和放大器的作用相似;特别是,比较器增益级使得两路输入不平衡时导致输出切换。应用笔记3631说明了随机性抖动的RMS值和白噪声与输入(正弦)信号摆率有关,由式2表示:

  JitterRMS = VnRMS/SR(式2)

  HP8082A脉冲发生器带宽有限,使得80MHz脉冲表现为正弦波。对于正弦波,由式3给出接近过零点的摆率:

  SR = A


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