什么是随机抖动(RJ)?
谈到随机抖动(RJ)时,我们喜欢使用“发生抖动”这一表述方式。随机抖动终究是不可避免的,但我们可以对它进行表征。随机抖动呈现高斯分布(无界),它由三个原因共同造成。
首先,热噪声会引起随机抖动,可以描述为
噪声 = kTB
其中 k 是玻尔兹曼常数,T 是开尔文温度,B 是系统带宽。
其次,散粒噪声(或泊松噪声)可导致随机抖动RJ。散粒噪声是由电子和空穴的量化造成的固有噪声,并且受到偏置电流的影响。
最后,“粉红”噪声会引起随机抖动RJ,它与频率成反比(1/f)。所有系统将具有某种程度的随机抖动。
什么是确定性抖动(DJ)?
确定性抖动是非随机的、有界的抖动,它由设计中的次序出现引起。
此外,确定性抖动可以分成多个子分量,如:周期性抖动(PJ)、数据相关抖动(DDJ)、有界不相关抖动(BUJ)。
下图所示为一个具有确定性抖动的系统实例。与随机抖动不同的是,确定性抖动的 PDF 通常有一个以上的峰。
图 3:由于此 PDF 有两个峰(双峰),因此我们可以判断,这个系统中同时存在 确定性抖动DJ 和随机抖动 RJ。
BUJ 可能是最难以追踪的抖动类型,因为它是抖动系谱中最难以理解的一个。通常它也被称为串扰,但“串扰”一词指的不仅仅是 BUJ。我们认为 BUJ 是“不相关”的,因为在统计学上它与系统的其他部分不相关。但是,BUJ 是由系统现象造成。BUJ 的例子包括由芯片外部来源造成的芯片内部噪声,这种来源可能是电源纹波或射频干扰。有许多工具可用来对串扰建模并识别干扰信号,但产生 BUJ 的原因通常不受设计师的控制。
周期性抖动可能相关,也可能不相关,但它始终具有周期性。周期性抖动的常见来源之一是开关模式电源耦合到数据或系统时钟中。由于电源与受扰信号没有时间相关性,因此这种抖动被归为不相关抖动。但是,如果一个数据信号耦合到基于同一时钟的数据信号中,那它就具有相关性。识别 PJ 源的常用方法是使用光谱图。通过绘制 TIE测量的趋势(即“我的边缘有多远,随着时间推移它会如何改变?”),然后取趋势图的 FFT 或频率测量,您就能看到周期性抖动的频率。图 3 所示为抖动的信号以及随时间变化的 TIE 曲线。在对干扰信号进行故障诊断时,了解 PJ 的频率极其有用。
数据相关抖动可以分成两部分,即占空比失真(DCD)和码间干扰(ISI)。总体抖动的这两个分量都取决于数据信号。
占空比失真是指系统所呈现的一个趋势,有一个位(0 或 1)相比其他位具有特别长的周期。这通常是由两个原因引起。DCD 的第一个原因往往是上升沿和下降沿具有不同的压摆斜率。缓慢上升沿可能会导致一到零的跳变发生得更慢。DCD 的另一个常见原因是阈值电平非 50%。如果阈值电平过低或过高,一个位将比其他位具有更长的周期。这样会导致抖动,因为 0011 与 0101 相比,具有不同的边沿时序。不同的斜压摆率对 00 和 11 没有影响,但对 0101 有影响。在严重时,DCD 可能导致接收机读取错误的位。
码间干扰有时也称为“数据相关抖动”,是由 1 或 0 的长字符串所致。由于具有 0 或 1 的长字符串,发射机或物理介质中会出现幅度下降沉降。然后,跳变到相反位可能引起时序不一致。最终,ISI 可能由发射机、接收机或物理介质的带宽限制引起,或者由不当的阻抗端接所造成。有限的带宽会限制边沿速度;有限的边沿速度会导致振幅变化。不当端接(或物理介质中的不连续性)会导致信号反射。
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