信號(hào)完整性分析系列之八——抖動(dòng)的頻域分析

在上兩篇文章中，我們分別介紹了直方圖（統(tǒng)計(jì)域分析）和抖動(dòng)追蹤（時(shí)域分析）在抖動(dòng)分析中的應(yīng)用。從抖動(dòng)的直方圖和抖動(dòng)追蹤波形上我們可以得到抖動(dòng)的主要構(gòu)成成分以及抖動(dòng)參數(shù)的變化趨勢(shì)。如需對(duì)抖動(dòng)的構(gòu)成做進(jìn)一步的分析，還需要從頻域角度去進(jìn)一步分析抖動(dòng)的跟蹤波形。
抖動(dòng)的頻譜即是對(duì)抖動(dòng)追蹤（jitter track）波形做FFT運(yùn)算。如下圖1所示為一個(gè)時(shí)鐘周期測量參數(shù)的追蹤、頻譜分析步驟及效果，在抖動(dòng)頻譜圖上可以清楚的看出某兩個(gè)頻率值點(diǎn)抖動(dòng)比較大：

圖1 抖動(dòng)頻譜黃色為實(shí)際采集到的時(shí)鐘波形（C1通道）
P1測量C1通道時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘周期F7函數(shù)對(duì)P1測量參數(shù)進(jìn)行跟蹤F6對(duì)F7進(jìn)行FFT分析
下圖2所示為一典型的串行信號(hào)抖動(dòng)追蹤頻譜圖，從圖中可看出各種抖動(dòng)成分；DDj和Pj為窄帶頻譜（三角形譜或者譜線）但是DDj和Pj的區(qū)別是由于DDj是和碼型相關(guān)的，其頻率fDDJ一般會(huì)是數(shù)據(jù)位率的整數(shù)倍，如果Pj的頻率fPJ正好等于fDDJ，那么從抖動(dòng)的頻譜圖里面是很難將DDj和Pj精確的分開的，所以通常在抖動(dòng)分解的過程中一般通過時(shí)域平均的方法來分解DDj；BUj主要由于串?dāng)_等因素引起的，一般分為兩種，一種是窄帶，但幅度較高，很顯然這類BUJ也是很難和PJ區(qū)分開的，除非我們知道引起B(yǎng)UJ的源頭，知道其頻率，所以說我們?cè)诙秳?dòng)測試時(shí)得到的PJ一般會(huì)包含這類BUJ(所以通常情況下對(duì)這類BUJ不加區(qū)分，直接算做PJ，而將BUJ分類為PJ和OBUJ，在之前的抖動(dòng)分類文章中有提及)；另外一類是寬帶的BUJ（很多時(shí)候也叫OBUJ，other bounded uncorrelated jitter），幅度很小，基本會(huì)埋沒到RJ中去，這類抖動(dòng)很容易被誤算作RJ，目前使用在示波器上的抖動(dòng)分解軟件只有Lecroy最近推出的SDAII（基于NQ-SCALE抖動(dòng)分解理論）能夠較好的將這類抖動(dòng)從Rj中剝離出來；RJ是寬帶頻譜，幅度很小。

圖2 典型的數(shù)據(jù)抖動(dòng)頻譜圖構(gòu)成

在Lecroy示波器的SDAII抖動(dòng)分析軟件中，是先通過時(shí)域平均的方法分離出DDJ.然后在對(duì)抖動(dòng)追蹤波形做FFT分析。因此剝離了DDJ以后的FFT頻譜只包含了RJ+BUJ成份(注：此BUJ包含PJ和OBUJ)，如下圖3所示：

圖3 RJ+BUJ Spectrum

從上圖3中，我們看到有一條黃色的門限曲線，門限曲線以上的譜線為Pj，譜線以下的為Rj+OBUJ。這條門限曲線是通過圖中的一個(gè)包含200個(gè)點(diǎn)的小滑窗在整個(gè)頻譜圖上從左到右依次滑動(dòng)，對(duì)每個(gè)小窗口中的樣本點(diǎn)求median（中值），因?yàn)槲覀冎缹?duì)于RJ來說，其median值應(yīng)該為零（當(dāng)然是當(dāng)樣本數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量以后，所以說示波器里所用的200個(gè)樣本點(diǎn)的滑窗也就是這個(gè)道理）。如果將OBUJ也當(dāng)作RJ來處理，那么只要將門限曲線以下的部分求積分（平均功率）就可得到Rj的值了。目前其它示波器廠家計(jì)算RJ用的就是這樣的辦法，忽略了OBUJ的存在，測得的RJ值會(huì)略有偏大（當(dāng)OBUJ存在的時(shí)候）。Lecroy示波器的SDAII抖動(dòng)分析軟件包包括了兩種方法，一種就和上面的類似（叫dual-dirac spectral），計(jì)算得到的Rj會(huì)略有偏大；另外一種能夠通過NQ-SCALE的理論將OBUJ有效的從RJ頻譜中剝離出來，這個(gè)方法叫dual-dirac NQ-Scale，測量得到的RJ會(huì)更加精確。如下圖4、5所示：

圖4 Dual-Dirac Spectral 方法測得的Rj值（10.1ps）

圖5 Dual-Dirac NQ-Scale 方法測得的Rj值（2.0ps）