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鐘抖動是有關聯(lián)的，以及測量電源軌噪聲的方案，接下來我們基于實際測量，揭示電源軌噪聲對系統(tǒng)時鐘抖動的影響。

PART2

使用示波器測量電源軌噪聲和時鐘抖動(TIE)

首先了解抖動的定義，在ITU-T G.701中有關抖動的定義如下：

數(shù)字信號重要瞬間相對于其理想時間位置的短期非累積變化。

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

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

我們使用示波器測得時鐘信號抖動TIE(Time-interval error)作為測量項目，并啟用測試統(tǒng)計量中的StdDev(標準偏差)作為測量結果。

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

1、Track波形;

2、直方圖;

3、頻譜視圖

先解釋Track功能，因為它是后續(xù)實現(xiàn)電源噪聲和抖動TIE關聯(lián)的關鍵。

Track波形顯示了與測量信號時間相關的測量波形。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、正和負過沖以及面積除外），以及抖動測量。

針對時鐘周期進行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間變化的趨勢。

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

PART3

利用頻域視圖分析：

實現(xiàn)電源軌噪聲與時鐘抖動關聯(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，一個是電壓值參數(shù)，一個是時間參數(shù)。那么怎么把它們關聯(lián)起來進行比較啦？

答案就是利用示波器的頻譜視圖，把時域波形轉換到頻域頻譜中去進行比較，這充分體現(xiàn)了示波器相比于其他儀器 -- 所具備的強大時頻域動態(tài)聯(lián)調能力；不僅查看時域波形中幅值差異和瞬態(tài)變化的同時，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，使用頻譜視圖，就可以顯示同一信號的兩個頻段的頻譜信息。(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，將測得的時鐘信號抖動TIE，通過Track波形轉化成頻譜視圖。

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

接下來以一個實例測量進行說明。

PART4

測量示例

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

實驗測量比較兩種情況，人為地把Vcc輸入處的濾波電容C402取掉后，對比Vcc噪聲變化以及時鐘信號的TIE的變化。

測試的拓撲圖如下：

01對比兩種情況下，電源軌Vcc的頻譜和抖動TIE-track的頻譜

測試界面說明：示波器界面從上到下顯示了時鐘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。

從測試結果中可以得到兩個信息:

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

當取掉電容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鐘信號的抖動TIE也變差了。

02對比兩種情況下，輸出時鐘信號噪聲的頻譜和抖動TIE-track的頻譜

從最后的結果中可以查看兩個信息:

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。

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

從上述的實驗中看到，利用頻譜視圖關聯(lián)電源軌噪聲和抖動TIE的測量比較，發(fā)現(xiàn)電源軌噪聲的惡化最終導致了時鐘抖動的增加（其中時鐘信號自身的噪聲也是增加的)。由此可知，當電源輸入端受噪聲注入時，將會對時鐘抖動帶來影響。

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，尤其達到Ghz級別后，信號完整性固然重要，有關電源完整問題也不能忽視，因為它們既有聯(lián)系又相互影響。電源軌上的噪聲惡化會導致時鐘信號抖動增加，進而影響高速信號傳輸，為了在產(chǎn)品設計中優(yōu)化這些問題，就不得不依靠強大的測試測量儀器；羅德與施瓦茨提供了強大的電源軌探頭RT-ZPR，充分應對這些挑戰(zhàn)，可以進行準確測量 (高帶寬，高靈敏度，低噪聲和大偏置補償)，搭配羅德與施瓦茨強大的示波器產(chǎn)品,輕松地實現(xiàn)了時頻域的聯(lián)合調試--既準確又高效。

羅德與施瓦茨業(yè)務涵蓋測試測量、技術系統(tǒng)、網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全，致力于打造一個更加安全、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，通過發(fā)展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術領導力。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)獨立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務。