時間抖動(jitter)的概念及其分析方法

時間抖動的分析手段
1．統計特性和統計直方圖
由于所有包含jitter的信號中都有隨機成分的存在，因此統計計算被廣泛應用在jitter性能的評估中。常用的統計參數有平均值、標準差、最大值、最小值、峰峰值等。通常采用直方圖的形式來形象的描述jitter的這些統計特性。
統計直方圖的橫坐標是jitter的大小，縱坐標是jitter在某一區間內出現的頻率。當測量次數足夠多時，直方圖是對jitter大小的概率密度函數的一個很好的估計，因此在通過jitter估計系統誤碼率時，統計直方圖發揮著及其重要的作用。

圖3 隨機抖動的統計直方圖圖4 周期抖動的統計直方圖

需要注意的是直方圖中不包含每個jitter點發生的先后順序，因此不能用來顯示jitter中存在的周期性信息。
2．Jiiter—時間曲線和Jitter的頻率譜
由于統計直方圖不能顯示Jitter中存在的調制或周期性成分信息，這時可以用Jitter－時間曲線來描述Jitter隨時間變化的趨勢。曲線的橫坐標為測量Jitter的時刻，縱坐標為Jitter的大小。這樣從圖中就可以清楚的看到Jitter隨時間變化的模式。
既然Jitter中有隨時間周期變化的成分，那么有一個很顯然的分析手段就是對Jitter－時間曲線做傅立葉變換，從而得到其頻域的特征。

圖5 Jitter－時間曲線圖6 Jitter頻譜

3．眼圖
目前為止，眼圖仍然是分析數字通信過程中的一種定性而方便的方法，它可以同時給出傳輸的幅度信息和時間信息。將一系列波形的短段將疊加在一起，與額定邊沿位置和電壓電平對齊。一旦抖動達到+-0.5UI，眼睛會閉上，接收機電路會出現誤碼。
需要注意的是在測量眼圖時使用的觸發源應該是有高頻率穩定度低Jitter的標準時鐘源，其指標直接影響到測量的精度。如果直接用測試信號的邊沿做觸發，需要示波器有時鐘恢復功能。

圖7數字信號的眼圖

時間抖動的測量
下面我們對現有的Jitter測量技術做一下簡單介紹。根據測試儀器和測試目的的不同，可以將直接測量技術分為兩大類：一、以得到Jitter時域或頻域特征為目的的測量方法，如實時采樣示波器、等效采樣示波器、時間間隔測量儀等；二、以得到Jitter統計特征為目的的測量方法，如誤碼率測量儀、不含觸發或外時鐘模式下的時間間隔分析儀、帶有統計分析功能時示波器等。現在有些儀器同時具有時頻測量和統計分析的功能，因此在Jitter測量中得到廣泛的使用。此外，還可以通過對相位噪聲的測量間接測量時間抖動。如下我們介紹幾種常用的測試方法。
1．示波器測量Jitter
使用示波器測量信號的Jitter首先要求示波器有足夠的帶寬、信噪比、分辨率、時間準確度和信號保真度，以減少測量誤差帶來的影響。示波器內部往往采用軟件的時鐘恢復手段恢復出理想的邊沿時刻（當然也可以采用外接高品質時鐘源觸發作為理想邊沿時刻），此時示波器就可以通過疊加生成眼圖。通過對眼圖的分析，從而得到Jitter的各種參數。
在使用示波器分析的時候，往往需要進一步做Jitter分析，以得到誤碼的性質。這時需要輸入數據流按一定規律重復發送（通常采用偽隨機序列發生器），以使DDJ成分的能量盡量集中。通過示波器采集到這樣的碼流波形后，就可以做如下分析。
1)通過采樣得到的數據進行內插恢復出采樣波形，對于某個判決電平計算出每個邊沿的過判決時刻；
2)通過軟件金瑣相環的方法恢復出輸入信號的時鐘，并分別計算出每個邊沿的jitter大小；
3) 對于連1或連0等不存在邊沿的地方，通過線性內插法得到對應的Jitter；
4)對得到的Jitter－時間函數做FFT，得到Jitter的頻譜。
接下來就可以通過對Jitter頻譜的分析，找出對應的DCD、DDJ、PJ對應的峰值，以及RJ的底噪大小。然后分離出各個成分做IFF