引言：

時(shí)鐘抖動(dòng)（jitter）是現(xiàn)代通信和數(shù)字系統(tǒng)中至關(guān)重要的性能指標(biāo)之一，對數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)同步起著關(guān)鍵作用。本文將深入探討時(shí)鐘抖動(dòng)的定義、不同類型，詳細(xì)介紹各種抖動(dòng)類型的測試方法，并分析時(shí)鐘抖動(dòng)對實(shí)際應(yīng)用的危害。

1、時(shí)鐘抖動(dòng)的定義：

抖動(dòng)的定義為“信號的定時(shí)事件與其理想位置之間的偏差”，時(shí)鐘抖動(dòng)是指時(shí)鐘信號在時(shí)間上的偏差和波動(dòng)。它通常以時(shí)間測量單位（如皮秒ps、飛秒fs）表示，用來描述時(shí)鐘信號頻率誤差、相位偏移和瞬時(shí)抖動(dòng)等。

2、抖動(dòng)類型

時(shí)鐘信號抖動(dòng)定義有多種主要是：

周期抖動(dòng) (Period Jitter）

相鄰周期抖動(dòng) (Cycle to Cycle Period Jitter)

長期抖動(dòng) (Long Term Jitter)

相位抖動(dòng) (Phase Jitter)

時(shí)間間隔誤差 (Time Interval Error or TIE)

2.1 周期抖動(dòng)

周期抖動(dòng)是時(shí)鐘信號的周期時(shí)間相對于一定數(shù)量、隨機(jī)選定的理想時(shí)鐘信號周期的偏差。如果我們能對一定數(shù)量的時(shí)鐘周期進(jìn)行測量，就可以計(jì)算出這一段時(shí)間測量窗口內(nèi)的平均時(shí)鐘周期以及其標(biāo)準(zhǔn)偏差與峰峰值。我們通常將標(biāo)準(zhǔn)偏差和峰峰值分別稱作 RMS 值和 Pk-Pk周期抖動(dòng)。

Peak to Peak Period Jitter = max(Tn) – min(Tn)

RMS Period Jitter = stdEV(Tn)

周期抖動(dòng)在數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)序冗余度計(jì)算方面非常實(shí)用。例如，在一個(gè)基于微處理器的系

統(tǒng)中，處理器在時(shí)鐘上升之前需要 1 ns的數(shù)據(jù)建立時(shí)間。如果時(shí)鐘的周期抖動(dòng)為 -2.0 ns，

則時(shí)鐘的上升沿可能發(fā)生在數(shù)據(jù)有效前，因而微處理器可能得到不正確的數(shù)據(jù)。

該實(shí)例如下圖所示。

2.2 相鄰周期抖動(dòng)

相鄰周期 (C2C) 抖動(dòng)，根據(jù) JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) 65B，是通過一定數(shù)量的相鄰周期隨機(jī)樣本的計(jì)

算得出相鄰周期的時(shí)間變化。JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步規(guī)定：每個(gè)樣本的大小應(yīng)大于或等于1,000。

值得注意的是，相鄰周期抖動(dòng)僅涉及兩個(gè)連續(xù)周期之間的周期差，與理想周期無關(guān)。

相鄰周期抖動(dòng)一般體現(xiàn)為以 ps 為單位的峰值，用于定義任意兩個(gè)連續(xù)時(shí)鐘上升沿之間的

最大偏差。此類型的抖動(dòng)規(guī)范常用于體現(xiàn)擴(kuò)頻時(shí)鐘的穩(wěn)定性，因?yàn)橹芷诙秳?dòng)對頻率擴(kuò)展特性

更加敏感，而相鄰周期抖動(dòng)則不同。

2.3 長期抖動(dòng)

長期抖動(dòng)測量的是在多個(gè)連續(xù)周期后時(shí)鐘信號邊沿與理想位置的變化。在實(shí)際測量中使用

的周期數(shù)量取決于不同的應(yīng)用。長期抖動(dòng)與周期抖動(dòng)和相鄰周期抖動(dòng)不同，因?yàn)槠浯淼氖?/p>

抖動(dòng)在長時(shí)間間隔期間連續(xù)時(shí)鐘周期流上的抖動(dòng)累積效應(yīng)。因此，長期抖動(dòng)有時(shí)也被稱為累

積抖動(dòng)。長期抖動(dòng)通常對圖形/視頻顯示以及測距器等長范圍遙測應(yīng)用非常實(shí)用。Long-Term

jitter 測量由參考點(diǎn)滯后相當(dāng)數(shù)量的Cycle(500-1000)后時(shí)鐘沿的抖動(dòng)值。該抖動(dòng)參數(shù)也是

時(shí)鐘穩(wěn)定性的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。

2.4 相位抖動(dòng)

相位噪聲描述為某一給定頻率偏移處的dBc/Hz 值，也稱噪聲頻譜密度值（例如：在20KHz時(shí)為 -70 dBc/Hz，在 10MHz 時(shí)為 -105dBc/Hz），或是一段頻率偏移范圍內(nèi)的連續(xù)曲線圖。相位抖動(dòng)是一定頻率偏移范圍內(nèi)相位噪聲的積分，以秒為單位表達(dá)。

在振蕩器輸出方波中，大部分能量均位于載波頻率上。但是，部分信號能量會“泄漏到”位于載波兩側(cè)附近的頻率上。相位抖動(dòng)指的是相對于載波 (fc)的兩個(gè)偏移頻率之間包含的相位噪聲能量總量。

2.5 時(shí)間間隔誤差 (TIE)

時(shí)間間隔誤差 (TIE) 是指實(shí)際信號的事件邊沿時(shí)間點(diǎn)相對于理想信號的事件邊沿時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間偏差。TIE 是相位噪聲頻譜在時(shí)域離散信號序列的表達(dá)，以秒或 ps 為單位。下圖是TIE的基本概念。

理想信號通常是信號處理軟件利用對實(shí)際信號周期的平均估算而得到的參考信號。

3、 抖動(dòng)測試方法

3.1 測量周期抖動(dòng)

1. 測量一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)長（上升沿至上升沿）

2. 等待隨機(jī)數(shù)量的時(shí)鐘周期

3. 重復(fù)上述步驟 10,000 次

4. 根據(jù)這 10,000 個(gè)樣本計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差 (σ) 和峰峰值。

5. 重復(fù)上述測量 25 次。從這 25 個(gè)結(jié)果中計(jì)算平均峰峰值。

3.2 相鄰周期抖動(dòng)測量方法

1. 測量兩個(gè)相鄰時(shí)鐘周期 T1 和 T2 的周期時(shí)間；

2. 計(jì)算 T1-T2 的值。記錄這一數(shù)值的絕對值；

3. 等待隨機(jī)數(shù)量的時(shí)鐘周期；

4. 重復(fù)上述步驟 1,000 次；

5. 計(jì)算這 1,000 個(gè)樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差 (σ) 和峰值。峰值是數(shù)據(jù)中的最大絕對值；

6. 重復(fù)上述測量 25 次，并從這 25 組結(jié)果中計(jì)算出平均峰值。

3.3 長期抖動(dòng)測試方法

1. 測量 10,000 個(gè)連續(xù)時(shí)鐘周期的時(shí)間間隔；

2. 等待隨機(jī)數(shù)量的時(shí)鐘周期；

3. 重復(fù)上述步驟 1,000 次；

4. 根據(jù)這 1,000 個(gè)樣本計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差 (σ) 以及峰峰值。