目录1. 抖动概述2. 抖动的分类2.1. 随机性抖动2.2. 确定性抖动2.3. 总抖动2.3.1. 双狄拉克Dual-Dirac模型2.3.2. 眼图张开度和误码率2.3.3. 浴盆曲线2.3.4.误码率下总体抖动估算3. 抖动测试步骤1. 抖动概述抖动Jitter是信号的某特定时刻相对于理想时刻的短时间偏移。这是抖动的多种定义之一其中相邻两个理想参考边沿之间的时间间隔叫做单位间隔Unit IntervalUI。抖动一般通过时间间隔误差Time Interval ErrorTIE来测量TIE测量的是时间信号边沿和理想信号边沿的时间间隔理想信号是通过时钟恢复得到的信号。单位间隔UI相邻理想时钟边沿的标称时间宽度UI1/fbitfbit比特速率UI是高速串行抖动度量基准抖动常用**%UI、ps**标注。抖动Jitter信号实际跳变边沿短时间偏离理想边沿位置的瞬时时序偏移只针对边沿时刻偏移不含电平幅度变化。时间间隔误差TIETIE(n)treal(n)-tideal(n)- treal信号实际边沿时刻- tidealCDR时钟恢复输出的理想参考边沿时刻TIE是抖动最原始采样数据所有抖动参数(RJ/DJ/TJ)都由TIE序列计算得出。抖动是大多数通信链路中一种显著且不受欢迎的现象可以使用与所有时变信号相同的术语来量化例如均方根RMS或峰峰值位移Peak-to-Peak。通常抖动被认为是一种高频现象。2. 抖动的分类抖动有两种主要类型确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的这种抖动通常幅度有限具备特定的而非随机的产生原因而且不能进行统计分析随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。例如能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素就可能造成载子流的随机变化。另外半导体加工工艺的变化例如掺杂密度不均也可能造成抖动2.1. 随机性抖动成因由热噪声、散粒噪声等物理随机过程引起服从高斯分布无界且不可预测表现眼图水平张开度均匀模糊边缘呈高斯拖尾无法通过均衡完全消除。2.2. 确定性抖动明显的确定性抖动DJ时双峰分布其直方图中心并非单一位置而是围绕两个独立峰值展开这是因为在该示例中注入了周期性抖动。成因由确定性因素导致有界且可重复可进一步细分为1. 码间干扰抖动ISIJitter数据码型相关性抖动前一码元的残留影响当前码元过零点常见于传输线损耗、阻抗不匹配等情况2. 占空比失真抖动DCDJitter时钟或数据的高低电平宽度不对称导致过零点偏移可能由驱动器输出阻抗不对称、偏置电压偏移等引起3. 周期性抖动PJJitter抖动幅度随固定频率周期性变化常与时钟谐波或电源纹波同步如电源噪声、串扰等干扰源。表现眼图交点或边缘出现固定偏移或离散“台阶”抖动范围有明确上限。2.3. 总抖动成因随机抖动与确定性抖动的叠加是系统实际承受的总抖动量表现眼图水平张开度最小反映系统最坏情况下的时序容限计算公式为TJRJDJp−p在特定误码率下2.3.1. 双狄拉克Dual-Dirac模型总抖动TJ原理详解总抖动 TJ DJ*RJ卷积运算2.3.2. 眼图张开度和误码率从抖动概率密度→积分算误码率是眼图BER浴盆曲线的理论来源也是EZJIT软件计算误码、外推眼高的底层公式。右侧1UI跳变的边沿因为抖动往左偏移到采样点τ左侧接收器把右边跳变错判成左边电平产生误码左侧0UI跳变的边沿因为抖动往右偏移到采样点τ右侧接收器把左边跳变错判成右边电平产生误码总误码TBERTBERLBERRBER同一采样位置下左右两种错误概率相加得到该取样点整体误码率参数含义τ接收器采样时刻眼图横轴取样位置W确定性抖动 DJ 峰峰值双狄拉克间距σ随机抖动 RJ 有效值高斯分布标准差TD码元跳变密度高速串行一般 0.5交替码 1/0 跳变占比蓝色曲线JT(τ,W,σ)左沿跳变的抖动 PDF0UI 位置边沿分布红色曲线JT(τ−UI,W,σ)右沿跳变的抖动 PDF右移 1UI1UI 位置边沿分布2.3.3. 浴盆曲线浴盆中部谷底区域→由RJ主导浴盆曲线中间平坦段采样位置329~612附近BER随采样位置变化缓慢形态由RJ高斯分布决定RJ是无界高斯噪声决定曲线中间下降斜率RJ越大中间区域BER抬升、浴盆谷底变窄、有效眼宽收缩浴盆两侧靠近眼交叉点/边沿区→由DJ主导曲线左右快速抬升段靠近眼图交叉位置由DJ含DCD、ISI、PJ等确定性分量决定DJ为固定峰峰值偏移直接拉开浴盆曲线左右起始位置Jpp^{DJ}越大浴盆左右拐点越向中间收拢基线误码整体抬高固定BER下DJRJ共同决定眼张开度以行业标准BER10^-12DJ限定浴盆左右边界的最小间距基础RJ使曲线从DJ边界向中心持续抬升两者叠加后10^-12横线与浴盆交点的横向间距 有效眼张开宽度DJ/RJ任一变大交点内缩、眼张开度变小标识定义确定性抖动 DJ 峰峰值有界、固定边沿偏移随机抖动 RJ 有效值高斯无边界噪声横轴采样位置单位 ps/UI总跨度 0~941纵轴误码率 BER对数坐标分区SINUSOIDAL (周期性 PJ)、DETERMINISTIC (DJ)、RANDOM (RJ)2.3.4.误码率下总体抖动估算1. 随机抖动 RJ 峰值换算行业标配BER10−12时n14单边 7σ左右合计 14σ即2. 总抖动 TJ双狄拉克经典公式偏移N·σ → 对应BER单侧偏移单侧误码率 BER±7σ14σ 总跨度对应10−121.28×10−12±5σ2.87×10−7目标BER→换算系数n缩放因子目标 BER缩放系数 n1×10−1214.069≈14工程取整 141×10−911.996≈123. 示波器短时间采集眼图拆分DJPP、RJrms(σ)不用长时间实测10−12BER通过公式外推极限总抖动TJ10−12。4. 不同BER对应RJ缩放系数n速查表双狄拉克模型TJDJppn*σ目标 BER全链路总误码单边 Q 系数原厂精确 n 值工程近似取值备注1×10−33.0906.1806.2低速总线 / 粗略评估1×10−43.7197.4387.441×10−54.1968.3928.41×10−64.5359.0709.11×10−74.8009.6009.61×10−85.01210.02410.01×10−95.99811.99612常用HDMI、部分 USB2.0 严苛规格1×10−106.36212.72412.71×10−116.70613.41213.41×10−127.034514.06914PCIe3/4/5.0、USB3.x、SATA行业标准1×10−137.34914.69814.71×10−147.65015.30015.31×10−157.94115.88215.9高速 Serdes / 光纤通信低 BER 规格3. 抖动测试步骤1. 在示波器顶部菜单栏点开 Analyze分析 2. 下拉菜单选择红圈标注 RTEye/Clock Recovery(SDA)… 即可弹出SDA配置弹窗进入串行测试配置界面3.从示波器顶部菜单 Analyze → Measurement Analysis(EZJIT) 打开左侧配置界面4. 点击Setup Wizard后弹出向导首页页面为功能说明向导将自动完成速率、阈值、分析项全流程配置5. 进行抖动测试时通常优化示波器的基本设置以优化抖动新能如最大采样率关闭平均功能关闭电压类自动测量6. 在 Select Measurement to Analyze 下拉框点开箭头直接选中已添加的抖动测试项当前默认 None 代表无测试项目被选定测量项测试用途Data TIE串行数据整体时序抖动主流Period Jitter时钟周期抖动Pulse Width占空比失真DCD7. Add Measurement1. 信号输入通道Source时钟恢复配置Clock RecoveryTIE Filter滤波器测量单位Units阈值电平Thresholds等8. 设置抖动直方图9. 设置抖动趋势图10. 设置抖动频谱图11. 设置完成12. 抖动测试结果显示
【SI_抖动】快速掌握高速串行信号抖动测试原理
目录1. 抖动概述2. 抖动的分类2.1. 随机性抖动2.2. 确定性抖动2.3. 总抖动2.3.1. 双狄拉克Dual-Dirac模型2.3.2. 眼图张开度和误码率2.3.3. 浴盆曲线2.3.4.误码率下总体抖动估算3. 抖动测试步骤1. 抖动概述抖动Jitter是信号的某特定时刻相对于理想时刻的短时间偏移。这是抖动的多种定义之一其中相邻两个理想参考边沿之间的时间间隔叫做单位间隔Unit IntervalUI。抖动一般通过时间间隔误差Time Interval ErrorTIE来测量TIE测量的是时间信号边沿和理想信号边沿的时间间隔理想信号是通过时钟恢复得到的信号。单位间隔UI相邻理想时钟边沿的标称时间宽度UI1/fbitfbit比特速率UI是高速串行抖动度量基准抖动常用**%UI、ps**标注。抖动Jitter信号实际跳变边沿短时间偏离理想边沿位置的瞬时时序偏移只针对边沿时刻偏移不含电平幅度变化。时间间隔误差TIETIE(n)treal(n)-tideal(n)- treal信号实际边沿时刻- tidealCDR时钟恢复输出的理想参考边沿时刻TIE是抖动最原始采样数据所有抖动参数(RJ/DJ/TJ)都由TIE序列计算得出。抖动是大多数通信链路中一种显著且不受欢迎的现象可以使用与所有时变信号相同的术语来量化例如均方根RMS或峰峰值位移Peak-to-Peak。通常抖动被认为是一种高频现象。2. 抖动的分类抖动有两种主要类型确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的这种抖动通常幅度有限具备特定的而非随机的产生原因而且不能进行统计分析随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。例如能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素就可能造成载子流的随机变化。另外半导体加工工艺的变化例如掺杂密度不均也可能造成抖动2.1. 随机性抖动成因由热噪声、散粒噪声等物理随机过程引起服从高斯分布无界且不可预测表现眼图水平张开度均匀模糊边缘呈高斯拖尾无法通过均衡完全消除。2.2. 确定性抖动明显的确定性抖动DJ时双峰分布其直方图中心并非单一位置而是围绕两个独立峰值展开这是因为在该示例中注入了周期性抖动。成因由确定性因素导致有界且可重复可进一步细分为1. 码间干扰抖动ISIJitter数据码型相关性抖动前一码元的残留影响当前码元过零点常见于传输线损耗、阻抗不匹配等情况2. 占空比失真抖动DCDJitter时钟或数据的高低电平宽度不对称导致过零点偏移可能由驱动器输出阻抗不对称、偏置电压偏移等引起3. 周期性抖动PJJitter抖动幅度随固定频率周期性变化常与时钟谐波或电源纹波同步如电源噪声、串扰等干扰源。表现眼图交点或边缘出现固定偏移或离散“台阶”抖动范围有明确上限。2.3. 总抖动成因随机抖动与确定性抖动的叠加是系统实际承受的总抖动量表现眼图水平张开度最小反映系统最坏情况下的时序容限计算公式为TJRJDJp−p在特定误码率下2.3.1. 双狄拉克Dual-Dirac模型总抖动TJ原理详解总抖动 TJ DJ*RJ卷积运算2.3.2. 眼图张开度和误码率从抖动概率密度→积分算误码率是眼图BER浴盆曲线的理论来源也是EZJIT软件计算误码、外推眼高的底层公式。右侧1UI跳变的边沿因为抖动往左偏移到采样点τ左侧接收器把右边跳变错判成左边电平产生误码左侧0UI跳变的边沿因为抖动往右偏移到采样点τ右侧接收器把左边跳变错判成右边电平产生误码总误码TBERTBERLBERRBER同一采样位置下左右两种错误概率相加得到该取样点整体误码率参数含义τ接收器采样时刻眼图横轴取样位置W确定性抖动 DJ 峰峰值双狄拉克间距σ随机抖动 RJ 有效值高斯分布标准差TD码元跳变密度高速串行一般 0.5交替码 1/0 跳变占比蓝色曲线JT(τ,W,σ)左沿跳变的抖动 PDF0UI 位置边沿分布红色曲线JT(τ−UI,W,σ)右沿跳变的抖动 PDF右移 1UI1UI 位置边沿分布2.3.3. 浴盆曲线浴盆中部谷底区域→由RJ主导浴盆曲线中间平坦段采样位置329~612附近BER随采样位置变化缓慢形态由RJ高斯分布决定RJ是无界高斯噪声决定曲线中间下降斜率RJ越大中间区域BER抬升、浴盆谷底变窄、有效眼宽收缩浴盆两侧靠近眼交叉点/边沿区→由DJ主导曲线左右快速抬升段靠近眼图交叉位置由DJ含DCD、ISI、PJ等确定性分量决定DJ为固定峰峰值偏移直接拉开浴盆曲线左右起始位置Jpp^{DJ}越大浴盆左右拐点越向中间收拢基线误码整体抬高固定BER下DJRJ共同决定眼张开度以行业标准BER10^-12DJ限定浴盆左右边界的最小间距基础RJ使曲线从DJ边界向中心持续抬升两者叠加后10^-12横线与浴盆交点的横向间距 有效眼张开宽度DJ/RJ任一变大交点内缩、眼张开度变小标识定义确定性抖动 DJ 峰峰值有界、固定边沿偏移随机抖动 RJ 有效值高斯无边界噪声横轴采样位置单位 ps/UI总跨度 0~941纵轴误码率 BER对数坐标分区SINUSOIDAL (周期性 PJ)、DETERMINISTIC (DJ)、RANDOM (RJ)2.3.4.误码率下总体抖动估算1. 随机抖动 RJ 峰值换算行业标配BER10−12时n14单边 7σ左右合计 14σ即2. 总抖动 TJ双狄拉克经典公式偏移N·σ → 对应BER单侧偏移单侧误码率 BER±7σ14σ 总跨度对应10−121.28×10−12±5σ2.87×10−7目标BER→换算系数n缩放因子目标 BER缩放系数 n1×10−1214.069≈14工程取整 141×10−911.996≈123. 示波器短时间采集眼图拆分DJPP、RJrms(σ)不用长时间实测10−12BER通过公式外推极限总抖动TJ10−12。4. 不同BER对应RJ缩放系数n速查表双狄拉克模型TJDJppn*σ目标 BER全链路总误码单边 Q 系数原厂精确 n 值工程近似取值备注1×10−33.0906.1806.2低速总线 / 粗略评估1×10−43.7197.4387.441×10−54.1968.3928.41×10−64.5359.0709.11×10−74.8009.6009.61×10−85.01210.02410.01×10−95.99811.99612常用HDMI、部分 USB2.0 严苛规格1×10−106.36212.72412.71×10−116.70613.41213.41×10−127.034514.06914PCIe3/4/5.0、USB3.x、SATA行业标准1×10−137.34914.69814.71×10−147.65015.30015.31×10−157.94115.88215.9高速 Serdes / 光纤通信低 BER 规格3. 抖动测试步骤1. 在示波器顶部菜单栏点开 Analyze分析 2. 下拉菜单选择红圈标注 RTEye/Clock Recovery(SDA)… 即可弹出SDA配置弹窗进入串行测试配置界面3.从示波器顶部菜单 Analyze → Measurement Analysis(EZJIT) 打开左侧配置界面4. 点击Setup Wizard后弹出向导首页页面为功能说明向导将自动完成速率、阈值、分析项全流程配置5. 进行抖动测试时通常优化示波器的基本设置以优化抖动新能如最大采样率关闭平均功能关闭电压类自动测量6. 在 Select Measurement to Analyze 下拉框点开箭头直接选中已添加的抖动测试项当前默认 None 代表无测试项目被选定测量项测试用途Data TIE串行数据整体时序抖动主流Period Jitter时钟周期抖动Pulse Width占空比失真DCD7. Add Measurement1. 信号输入通道Source时钟恢复配置Clock RecoveryTIE Filter滤波器测量单位Units阈值电平Thresholds等8. 设置抖动直方图9. 设置抖动趋势图10. 设置抖动频谱图11. 设置完成12. 抖动测试结果显示
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