差分时钟抖动处理 时钟抖动Jitter和相位噪声

Jitter:The short-term variations of the significant instants of a digital signal from their ideal positions in time.

数据转换器（ADCs，DACs）的主要作用是定期采样产生模拟信号（DACs）或将连续模拟信号定期采样产生数字信号（ADCs）。因此，采样时钟的稳定性非常重要。

抖动可视为固定时间间隔τ的加性时间变量Δ（t），如式（1）所示，

（1）抖动

图1 带抖动的采样时钟

Phase noise是指某一时刻信号所处的相位与理想情况下应处的相位之间的相位差。如图2所示。

图2 带相位噪声的正弦信号

以正弦波为例，

（2）正弦信号

其中ω=2*pi*f，f为所需频率，A为恒定的相位偏移。相位噪声定义为任意函数Φ（t），这样，式（2）变为，

（3）带相位噪声的正弦信号

函数Φ（t）可以由与ω无关的频率分量组成。例如热噪声、散粒噪声和1/f噪声等。

Jitter是离散量，描绘的是信号实际超过slice threshold的时间与理想时间的差距；而Phase noise是连续量，指的是实际信号与理想信号的相位差。信号的幅度噪声和相位噪声都会造成抖动，其中幅度噪声对抖动的影响较少，主要是相位噪声产生的贡献。因此，我们可以对单边相位噪声谱进行积分得到Jitter。

从时钟抖动的来源分析，可以将其分为两类：

1. 确定性抖动
2. 随机性抖动

确定性抖动是由可识别的各种干扰造成的，例如EMI辐射，电源噪声，同步切换噪声等，这种抖动幅度是有边界的，而且可以通过电路优化设计把干扰源消除或大幅降低，一般是不直接描述时钟器件的抖动性能。随机抖动是不能预测的噪声源，由于随机噪声是由多种不相关的噪声源叠加的，根据统计理论可以用高斯分布来描述其性能。

我们一般用均值（RMS）抖动来表征随机抖动幅度，一般采用在规定的滤波器带宽内的RMS抖动，如光通信领域常用的积分带宽是12kHz~20MHz。

Jitter的测量可通过时域测量和频域测量两种方法。其中在时域测量有三种方法，

1. 眼图
2. BERt生成浴缸曲线
3. 直方图

图3 眼图测量Jitter

直方图测量Jitter则是通过示波器采集TIE(Time Interval Error)数据并进行分析，绘制Jitter的概率分布曲线，对于周期性的Jitter，如，呈余弦分布的Jitter有很好的效果。

此外，频域测量可利用频谱仪或相位噪声分析仪，获得目标频率范围内的积分相位噪声功率，利用式4求解Jitter。如图4、式4所示。

图4 根据相位噪声计算抖动

（4）相位噪声积分计算RMS抖动

1. 针对直接IF信号采样的高分辨率数据转换器，必须选择低抖动时钟电路，需在性能/成本之间做出权衡取舍，设计人员需要理解时钟噪声的带宽、频谱和Jitter；
2. 提高信号传输质量，降低信号传输过程中的误码率。