时钟抖动测量
简介
抖动的峰峰值和有效值
•
Pk-pk jitter, RMS jitter
JTA2抖动分析软件包的功能
• • •
Jitter Track Jitter Histogram Jitter FFT
2009-12-16
Page 2
抖动定义
抖动的定义为“信号的定时事件与其理想位置之间的偏差”。
• •
时钟抖动 数据抖动
按计算方法来划分
• • • •
TIE抖动：信号周期相对于一个已知或恢复时钟的误差。 Period抖动：是在多个周期内对信号周期的变化进行的测量。 Cycle to Cycle抖动：是对信号相邻周期的变化进行测量的结果。 Half Period抖动：半个周期的抖动变化（与Period jitter的计算类似）
• • •
C1 = P2-P1 = 10.1-9.9 = 0.2 10-9.9 = 0.1
C2 = P3-P2 = 9.9-10.1 = -0.2 C3 = P4-P3 =
Cycle to cycle jitter PK-PK value = 0.4 ns Cycle to cycle jitter RMS value =参数C1..C4 的标准偏差
Period Jitter
Page 20
The JitterTrack™ Function
Source Trace
I1
I2
I3
...
IN-1
IN
Reference Clock Edge
Interval Error Jitter Function
...
I1
I2
I3
IN-1
IN
2009-12-16
Time Interval Error (TIE)
•
TIE Jitter：
• • •
T1 = 10-9.9 = 0.1, T2 = 10-10.1 = -0.1, T3 = 10-9.9 = 0.1 T4 = 10-10 = 0 TIE pk-pk jitter = 0.1 – (-0.1) = 0.2 ns TIE RMS jitter = 参数T1..T4 的标准偏差
标准偏差的计算公式
2009-12-16
∑
( Xi − Xmean n −1
)2
Page 5
传统的抖动测试方法:余辉显示
设置非常简单,使用cursor测量波形边沿的宽度 像素或屏幕分辨率(量化误差)会降低精度 只有单个波形,引入了触发抖动
2009-12-16 Page 6
时钟常见的三种抖动测量
Cycle to cycle jitter period jitter TIE jitter
必须配备JTA2软件包才可以测量三种抖动
2009-12-16 Page 7
Jitter Histograms
2009-12-16
Page 8
快速设置TIE直方图
Step1：TIE直方图的快速设置方法
Step4：设置相关参数
Step2：测量参数选择TIE
Step3：图形选择“Histogram”
2009-12-16
All the above can vary depending on specific measurement setup
These relationships don’t always show up!
The relationship between Cycle to cycle and period is the most repeatable.
Page 9
设置TIE参数
查找TIE的参考时钟
2009-12-16
Page 10
设置TIE直方图的参数
设置TIE直方图的参数
2009-12-16
Page 11
测量直方图
直方图的sdev为抖动RMS值 直方图的range为抖动峰峰值
Step1：选择P2=hsdev(F8)
2009-12-16 Page 12
The number of transitions or edges with a specified slope and level
p@lv
period at level
Cycle duration at a specified slope and level
tie@lv
time interval error at level
Track(TIE(c2))
Power Ripple
2009-12-16
Page 26
JTA2软件包括哪些功能？
TIE、cycle to cycle、period等的抖动测试
抖动的直方图分析
Jitter track抖动追踪
其他水平测量参数
2009-12-16
Page 27
JTA2软件包中包括了以下测量参数
抖动测量精度
通道的噪声、频响的非 线性、ADC的量化误 差导致了垂直方向测量 的不确定性 垂直方向的不确定性投 影到水平方向导致时间 的不确定性 信号的上升时间越快， 抖动的测量精度越高 使用高精度的ADC可 以提高抖动测量精度 通道噪声越小，抖动测 量精度越高 对于频率较低、抖动很 小的时钟测试，可以适 当使用ERES降噪后测 量抖动
• • • •
通常TJ是针对串行数据的 一般测量Tj(BER=10e-12) 一般是数据信号测试Tj和Dj Tj(BER<10e-8)只能用BERT测量到，但是示波器可以精确的估算出 该值 Tj可以分解为Rj, Dj, DCD, ISI, Pj
•
2009-12-16
Page 4
三种抖动计算举例
某100MHz时钟，第一个到第四个周期分别为9.9ns, 10.1ns, 9.9ns, 10.0ns，假设其理想时钟固定在10ns
TIE Measurement
Three Edges, Jitter = SQRT(Jn2 + 4Jn+12 + Jn+22 )= SQRT(6) Jn Cycle to Cycle Measurement
2009-12-16
Page 16
Rule of Thumb
TIE=Jn Width= √2 Jn Period= √2 Jn Cycle-Cycle = √6 Jn Period/TIE = √2 Cyc-Cyc/Period = √3
Cycle frequency at specified slope and level
duty@lv
duty at level
Percent of period for which data is above or below a specified level
edge@lv
edge at level
Δv VERTICAL UNCERTAINTY DUE TO: NOISE QUANTIZATION NON-LINEARITY
vAMPL
AMPLITUDE
VERTICAL UNCERTAINTY, Δv MAPS INTO TIME UNCERTAINTY, Δt
Δt = (Δv * tR(20-80) ) / 0.6 vAMPL
TIE的测量
TIE jitter的峰峰值与RMS值
2009-12-16
Page 13
Sinusoidal Jitter
周期性抖动
2009-12-16
Page 14
Random Jitter
2009-12-16
Page 15
几种抖动理论上的关系
Waveform With Jitter Reference Frequency Distributions Of Edge Locations Single Edge, Jitter = Jn Two Edges, Jitter = SQRT(Jn2+Jn+12) = 1.41 Jn Width Measurement Two Edges, Jitter = SQRT(Jn2+Jn+22) = 1.41 Jn Period Measurement
2009-12-16
Page 23
抖动追踪案例2
通过对track(freq(c1))的波形做FFT， 可以在频谱中观察到该时钟受到 2.275MHz的干扰
2009-12-16
Page 24
抖动追踪案例3
－SATA的扩频时钟测试
Serial ATA Waveform
Unfiltered Track
Filtered Track
Conventional Track Display
Unique LeCroy Filtered Track
2009-12-16
Page 25
抖动追踪案例4：电源不稳定造成的抖动 抖动追踪案例4：电源不稳定造成的抖动
Clock signal
Track(period(c2))
2009-12-16
Page 3
抖动定义（续）
Pk-pk jitter：峰峰值抖动随着测量时间的增加，测量值变大，测 试结果不具备重复性，不能将jitter值与误码率（BER）直接联系 起来
•
RMS jitter：抖动测量值的有效值
Total jitter：在某BER下总的抖动值。测量Tj(BER)的目的是在某 BER下确保互操作性
2009-12-16
Page 17
Jitter Track
2009-12-16
Page 18
Jitter Track抖动追踪
Jitter Track波形：X轴为 时间，Y轴为某时间的抖 动测量值