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)