數字工程師不得不看——抖動和相位噪聲
發布時間:2015-06-26 責任編輯:sherry
【導讀】抖動反映的是數字信號偏離其理想位置的時間偏差。高頻數字信號的bit周期都非常短,一般在幾百ps甚至幾十ps,henxiaodedoudongdouhuizaochengxinhaocaiyangweizhidianpingdebianhua,suoyigaopinshuzixinhaoduiyudoudongdouyouyangedeyaoqiu。zhelijiuzhongdianjiangjiexiashepinzhongdedoudonghexiangweizaosheng。
正文如下:

實際信號的很複雜,可能既有隨機抖動成分(RJ),也有不同頻率的確定性抖動成分(DJ)。確que定ding性xing抖dou動dong可ke能neng由you於yu碼ma間jian幹gan擾rao或huo一yi些xie周zhou期qi性xing幹gan擾rao引yin起qi,而er隨sui機ji抖dou動dong很hen大da一yi部bu分fen來lai源yuan於yu信xin號hao上shang的de噪zao聲sheng。下xia圖tu反fan映ying的de是shi一yi個ge帶dai噪zao聲sheng的de數shu字zi信xin號hao及ji其qi判pan決jue閾yu值zhi。一yi般ban我wo們men把ba數shu字zi信xin號hao超chao過guo閾yu值zhi的de狀zhuang態tai判pan決jue為wei“1”,把低於閾值的狀態判決為“0”,由(you)於(yu)信(xin)號(hao)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)不(bu)是(shi)無(wu)限(xian)陡(dou)的(de),所(suo)以(yi)垂(chui)直(zhi)的(de)幅(fu)度(du)噪(zao)聲(sheng)就(jiu)會(hui)造(zao)成(cheng)信(xin)號(hao)過(guo)閾(yu)值(zhi)點(dian)時(shi)刻(ke)的(de)左(zuo)右(you)變(bian)化(hua),這(zhe)就(jiu)是(shi)由(you)於(yu)噪(zao)聲(sheng)造(zao)成(cheng)信(xin)號(hao)抖(dou)動(dong)的(de)原(yuan)因(yin)。

要進行信號抖動的分析,最常用的工具是寬帶示波器peiheshangxiangyingdedoudongfenxiruanjian。shiboqilidedoudongfenxiruanjiankeyifangbiandiduidoudongdedaxiaohegezhongchengfenjinxingfenjie,danshishiboqiyouyuzaoshengheceliangfangfadexianzhi,hennanduiyaps級的抖動進行精確測量。現在很多高速芯片對時鍾的抖動要求都在1ps以下甚至更低。這就需要借助於其它的測量方法比如相位噪聲(phase noise)的測量方法。
我wo們men知zhi道dao抖dou動dong是shi時shi間jian上shang的de偏pian差cha,它ta也ye可ke以yi理li解jie成cheng時shi鍾zhong相xiang位wei的de變bian化hua,這zhe就jiu是shi相xiang位wei噪zao聲sheng。對dui於yu時shi鍾zhong信xin號hao,我wo們men觀guan察cha其qi基ji波bo的de頻pin譜pu分fen布bu。理li想xiang的de時shi鍾zhong信xin號hao其qi基ji波bo的de頻pin譜pu應ying該gai是shi一yi根gen很hen窄zhai的de譜pu線xian,但dan實shi際ji上shang由you於yu相xiang位wei噪zao聲sheng的de存cun在zai,其qi譜pu線xian是shi比bi較jiao寬kuan的de一yi個ge包bao絡luo,這zhe個ge包bao絡luo越yue窄zhai,說shuo明ming相xiang位wei噪zao聲sheng(抖動)越小,信號越接近理想信號。下圖是一個真實時鍾信號的頻譜,信號的基波在2.5GHz,我們觀察2.5GHz附近10MHz帶寬的頻譜。我們可以看到首先信號的頻譜不是一根很窄的譜線,其譜線有展寬(隨機噪聲的影響),其次上麵疊加的還有一些特定頻率的幹擾(確定性抖動的影響)。

為(wei)了(le)更(geng)方(fang)便(bian)觀(guan)察(cha)低(di)頻(pin)的(de)幹(gan)擾(rao),在(zai)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)測(ce)量(liang)中(zhong)通(tong)常(chang)會(hui)以(yi)信(xin)號(hao)的(de)載(zai)波(bo)頻(pin)率(lv)為(wei)起(qi)點(dian),把(ba)橫(heng)坐(zuo)標(biao)用(yong)對(dui)數(shu)顯(xian)示(shi),其(qi)橫(heng)坐(zuo)標(biao)反(fan)映(ying)的(de)是(shi)離(li)信(xin)號(hao)載(zai)波(bo)頻(pin)率(lv)的(de)遠(yuan)近(jin),縱(zong)坐(zuo)標(biao)反(fan)映(ying)的(de)是(shi)相(xiang)應(ying)頻(pin)點(dian)的(de)能(neng)量(liang)和(he)信(xin)號(hao)載(zai)波(bo)能(neng)量(liang)的(de)比(bi)值(zhi)。這(zhe)個(ge)比(bi)值(zhi)越(yue)小(xiao),說(shuo)明(ming)除(chu)了(le)載(zai)波(bo)以(yi)外(wai)其(qi)它(ta)頻(pin)率(lv)成(cheng)分(fen)的(de)能(neng)量(liang)越(yue)小(xiao),信(xin)號(hao)越(yue)純(chun)淨(jing)。要(yao)進(jin)行(xing)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)使(shi)用(yong)的(de)儀(yi)器(qi)是(shi)信(xin)號(hao)源(yuan)分(fen)析(xi)儀(yi),信(xin)號(hao)源(yuan)分(fen)析(xi)內(nei)部(bu)有(you)特(te)殊(shu)的(de)電(dian)路(lu),通(tong)過(guo)兩(liang)個(ge)獨(du)立(li)本(ben)振(zhen)的(de)多(duo)次(ci)相(xiang)關(guan)處(chu)理(li)可(ke)以(yi)把(ba)自(zi)身(shen)本(ben)振(zhen)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)壓(ya)得(de)非(fei)常(chang)低(di),從(cong)而(er)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)測(ce)量(liang)。

對dui於yu很hen多duo晶jing振zhen產chan生sheng的de時shi鍾zhong來lai說shuo,其qi抖dou動dong中zhong的de主zhu要yao成cheng分fen是shi隨sui機ji抖dou動dong。如ru果guo我wo們men把ba相xiang位wei噪zao聲sheng測ce試shi結jie果guo裏li不bu同tong頻pin率lv成cheng分fen的de相xiang位wei噪zao聲sheng能neng量liang進jin行xing積ji分fen的de話hua,我wo們men就jiu能neng夠gou得de到dao隨sui機ji抖dou動dong。通tong過guo信xin號hao源yuan分fen析xi儀yi對dui相xiang位wei噪zao聲sheng測ce量liang然ran後hou對dui一yi定ding帶dai寬kuan內nei的de能neng量liang進jin行xing積ji分fen,我wo們men就jiu可ke以yi得de到dao精jing確que的de隨sui機ji抖dou動dong測ce量liang結jie果guo。信xin號hao源yuan分fen析xi儀yi能neng測ce量liang到dao的de最zui小xiao抖dou動dong可ke以yi到daofs級。
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