回顧

通過上一期我們了解到：數(shù)字電子產(chǎn)品中電源軌噪聲和時(shí)鐘抖動(dòng)是有關(guān)聯(lián)的，以及測量電源軌噪聲的方案，接下來我們基于實(shí)際測量，揭示電源軌噪聲對系統(tǒng)時(shí)鐘抖動(dòng)的影響。

PART2

使用示波器測量電源軌噪聲和時(shí)鐘抖動(dòng)(TIE)

首先了解抖動(dòng)的定義，在ITU-T G.701中有關(guān)抖動(dòng)的定義如下：

數(shù)字信號重要瞬間相對于其理想時(shí)間位置的短期非累積變化。

抖動(dòng)是時(shí)鐘或數(shù)據(jù)信號時(shí)序的短期時(shí)域變化。抖動(dòng)包括信號周期、頻率、相位、占空比或其他一些定時(shí)特性的不穩(wěn)定。抖動(dòng)在不同周期、多個(gè)連續(xù)周期或作為長期變化都很重要。

抖動(dòng)的基本類型：TIE (Time Interval Error) ，Period Jitter ，Cycle-Cycle Jitter等。

我們使用示波器測得時(shí)鐘信號抖動(dòng)TIE(Time-interval error)作為測量項(xiàng)目，并啟用測試統(tǒng)計(jì)量中的StdDev(標(biāo)準(zhǔn)偏差)作為測量結(jié)果。

值得注意的是，除了時(shí)域波形，示波器還提供 3 種視圖幫助我們對TIE進(jìn)行分析查看：

1、Track波形;

2、直方圖;

3、頻譜視圖

先解釋Track功能，因?yàn)樗呛罄m(xù)實(shí)現(xiàn)電源噪聲和抖動(dòng)TIE關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵。

Track波形顯示了與測量信號時(shí)間相關(guān)的測量波形。它是單次采集所有測量值的圖形解釋。Track功能適用于幅度/時(shí)間測量（高、低、幅度、最大值、最小值、峰峰值、平均值、RMS、S-dev、正和負(fù)過沖以及面積除外），以及抖動(dòng)測量。

針對時(shí)鐘周期進(jìn)行Track為例；

把單次采集的所有周期值取出來，用P1,P2,P3代表周期值，把所有周期值以隨時(shí)間變化的分布排列起來就形成周期的Track波形。

利用Track波形便能直觀地表示周期值隨時(shí)間變化的趨勢。

那么針對抖動(dòng)TIE進(jìn)行Track，Track波形就是TIE測量值隨時(shí)間變化的趨勢。為什么要這樣啦，我們繼續(xù)往下看。

PART3

利用頻域視圖分析：

實(shí)現(xiàn)電源軌噪聲與時(shí)鐘抖動(dòng)關(guān)聯(lián)比較

首先利用示波器加電源軌探頭的方案測得電源軌上Vpp值。

問題來了，一個(gè)是電壓值參數(shù)，一個(gè)是時(shí)間參數(shù)。那么怎么把它們關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行比較啦？

答案就是利用示波器的頻譜視圖，把時(shí)域波形轉(zhuǎn)換到頻域頻譜中去進(jìn)行比較，這充分體現(xiàn)了示波器相比于其他儀器 -- 所具備的強(qiáng)大時(shí)頻域動(dòng)態(tài)聯(lián)調(diào)能力；不僅查看時(shí)域波形中幅值差異和瞬態(tài)變化的同時(shí)，還可以在頻域視圖看清耦合的干擾，甚至分析高頻噪聲。

比如測量電壓信號時(shí)，使用頻譜視圖，就可以顯示同一信號的兩個(gè)頻段的頻譜信息。(針對圖中左邊的黃色電壓信號，右上角圖示了DC到1GHz的頻譜信息，右下角的圖示了DC到1Mhz的頻譜信息)

基于上述方法，將測得的時(shí)鐘信號抖動(dòng)TIE，通過Track波形轉(zhuǎn)化成頻譜視圖。

不難發(fā)現(xiàn)，利用示波器提供的頻譜視圖可以實(shí)現(xiàn)兩者關(guān)聯(lián)。

接下來以一個(gè)實(shí)例測量進(jìn)行說明。

PART4

測量示例

對于如下典型時(shí)鐘振蕩電路中利用反相器NC7SZ04輸出時(shí)鐘信號，如果此電路中Vcc電源軌容限惡化或紋波不佳時(shí)，NC7SZ04輸出的時(shí)鐘信號是否會(huì)受影響？

實(shí)驗(yàn)測量比較兩種情況，人為地把Vcc輸入處的濾波電容C402取掉后，對比Vcc噪聲變化以及時(shí)鐘信號的TIE的變化。

測試的拓?fù)鋱D如下：

01對比兩種情況下，電源軌Vcc的頻譜和抖動(dòng)TIE-track的頻譜

測試界面說明：示波器界面從上到下顯示了時(shí)鐘TIE Track的波形，中間是電源軌Vcc經(jīng)過FFT得到的頻譜，下方是根據(jù)TIE -Track經(jīng)過FFT得到的頻譜。

從測試結(jié)果中可以得到兩個(gè)信息:

TIE的StdDev從7.748ps增加到了9.0483ps (9.0483-7.748=1.3003) 大約1ps抖動(dòng)。

當(dāng)取掉電容C402后30Khz到300Khz頻率范圍內(nèi)噪聲增加。

說明Vcc供電噪聲惡化后影響輸出時(shí)鐘信號的抖動(dòng)TIE也變差了。

02對比兩種情況下，輸出時(shí)鐘信號噪聲的頻譜和抖動(dòng)TIE-track的頻譜

從最后的結(jié)果中可以查看兩個(gè)信息:

TIE的StdDev從6.7927ps增加到了8.0919ps(8.0919-6.7927=1.2992)也是大約1ps抖動(dòng)。

當(dāng)取掉電容C402后在400Khz到500Khz頻率范圍內(nèi)時(shí)鐘信號測得的噪聲增加。

從上述的實(shí)驗(yàn)中看到，利用頻譜視圖關(guān)聯(lián)電源軌噪聲和抖動(dòng)TIE的測量比較，發(fā)現(xiàn)電源軌噪聲的惡化最終導(dǎo)致了時(shí)鐘抖動(dòng)的增加（其中時(shí)鐘信號自身的噪聲也是增加的)。由此可知，當(dāng)電源輸入端受噪聲注入時(shí)，將會(huì)對時(shí)鐘抖動(dòng)帶來影響。

隨著高速信號的發(fā)展，數(shù)字電子產(chǎn)品中的頻率越來越高，尤其達(dá)到Ghz級別后，信號完整性固然重要，有關(guān)電源完整問題也不能忽視，因?yàn)樗鼈兗扔新?lián)系又相互影響。電源軌上的噪聲惡化會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘信號抖動(dòng)增加，進(jìn)而影響高速信號傳輸，為了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中優(yōu)化這些問題，就不得不依靠強(qiáng)大的測試測量儀器；羅德與施瓦茨提供了強(qiáng)大的電源軌探頭RT-ZPR，充分應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，可以進(jìn)行準(zhǔn)確測量 (高帶寬，高靈敏度，低噪聲和大偏置補(bǔ)償)，搭配羅德與施瓦茨強(qiáng)大的示波器產(chǎn)品,輕松地實(shí)現(xiàn)了時(shí)頻域的聯(lián)合調(diào)試--既準(zhǔn)確又高效。

羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)涵蓋測試測量、技術(shù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，致力于打造一個(gè)更加安全、互聯(lián)的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團(tuán)，通過發(fā)展尖端技術(shù)，不斷突破技術(shù)界限。公司領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨(dú)立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務(wù)。