AMAT 0010-00591 Applied Materials
对抖动***测量的一半工作量都在于如何设置示波器。我们的目标是捕获并显示出信号在系统环境下的真实情况。因为每个实验室都有实时示波器，有必要知道如何去操作它们。抖动测量对环境特别敏感，所以要想办法针对各种抖动优化测试环境。
首先要选取具备合适带宽的设备。如果带宽太窄，测试得边沿速率就会很低。低的沿速率会将幅度噪声更多的转化为时域错误。但是，如果带块太大，也只会增加测试中的热噪声和散粒噪声从而提高噪底。在NRZ码流来讲，一个经验规则就是选取带宽为码率的1.8倍。
接下来，尽量提高采样率，避免发生由于欠采样而发生的混叠效应。理论上，采样速率至少是信号***高基频的两倍；实际上，捕获过程中的模拟信号整形和数据变换会留有余量，因此示波器真正需要的采样速率是***高基频的2.5到3倍。所以，示波器的带宽采样速率比大概为1到3。
对于减小ADC量化误差来讲增大仪器的纵向解析度很重要。调节电压/刻度旋钮直到图形正好进入屏幕的垂直范围。过度就会使ADC变化饱和，不满就会减低SNR。
测量TIE抖动时时基设置也很重要，因为这项设置相当于可调的高通滤波器。时基会设置捕获时的***小TIE频率（示波器带宽决定***高抖动频率）。
同样，确定测试数据码型中包含有正确的频谱成分范围，并且只含有实数频谱成分。当采用PRBS码型时，码型长度要足够长保证捕获到低频分量，同时又不能超过仪器的存储范围。
始终减少触发与***个采样点间的***。信号被触发后，定时的不确定与时基等待采样数据的长短成正比。减少***降低了这种不确定性，因此减低了被测抖动值。
避免示波器均化波形，选择sin（x）/x在数据点间插值，并使用大幅度的快速触发。***后，在知道实际系统***门限电平的情况下将触发电平设置与其一致，否则，设置为波形值的一半。
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，比较器中，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)，它一般表示为测量峰值。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
测量MAX999的抖动
某些应用中，MAX999等高速比较器用来对输入正弦波进行整形，产生时钟信号。由于比较器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所示电路测量MAX999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***A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***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。
CSA8000的随机性抖动规定为1.0psRMS(典型值)和1.5psRMS(***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7.7psRMS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***程图，可以推导出MAX999的抖动。已知HP8082A脉冲发生器有7.7psRMS，在CSA8000测量到11.2psRMS，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
8.1psRMS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1psRMS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×2×π׃(式3)
其中，A是正弦波的振幅(本例中为0.5V或1VP-P)，ƒ是频率(本例中为80MHz)。由此得出摆率大约为250V/µs=250µV/ps。可以采用式4计算80MHz输入导致的电压噪声：
VnRMS=250µV/ps×8.1ps=2025µVRMS(式4)
200Ω串联电阻在同一带宽内产生的噪声为14.3µVRMS，可以忽略。因此，总的随机噪声主要来自MAX999本身。
结论
在某些应用中，采用比较器对高速正弦信号进行整形，以产生时钟信号，因此，了解比较器输出抖动指标非常重要。本应用笔记介绍了在使用非理想信号发生器时，怎样推导MAX999的输出抖动，讨论了测量限制及其误差源。***后，得出了输出抖动与输入