摘要：隨著計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)總線速度的顯著提高特別是各種不同的采用內(nèi)嵌時(shí)鐘技術(shù)的高速串行總線日益普及定時(shí)抖動(dòng)已經(jīng)成為影響其性能的基本因素。本文針對(duì)當(dāng)前各種不同的抖動(dòng)測(cè)試工具和方法重點(diǎn)介紹了如何通過(guò)實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試和分析并且探討了示波器中影響抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果的幾個(gè)關(guān)鍵因素。最后針對(duì)高精度抖動(dòng)測(cè)試提供了參考方法和測(cè)試實(shí)例。
關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)示波器, 觸發(fā)抖動(dòng), Trigger Jitter, 增量時(shí)間精度, DTA, 抖動(dòng)本底噪聲, JNF, 高速采集內(nèi)存

1. 引言
越來(lái)越多的高速計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)開(kāi)始采用高速串行總線在芯片間背板間和系統(tǒng)設(shè)備間傳送高速數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中任何微小的高速時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大
的影響在這種情況下抖動(dòng)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。最典型的應(yīng)用是傳統(tǒng)的33M PCI 并行總線正在被采用高速串行技術(shù)的PCI-Express 取代它的最新標(biāo)準(zhǔn)支持的數(shù)據(jù)率已經(jīng)到5Gb/s一個(gè)UI 的寬度僅200ps任何微小的抖動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。從當(dāng)前各種高速串行總線和數(shù)據(jù)鏈路的定時(shí)余量規(guī)范中表明在數(shù)字系統(tǒng)中嚴(yán)格地控制抖動(dòng)是必須的。只有全面有效的測(cè)試和分析抖動(dòng)其根本原因才能被隔離從而針對(duì)引起系統(tǒng)抖動(dòng)的原因來(lái)減少抖動(dòng)提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。象PCI-Express、FBD、InfiniBand、SerialATA 和DVI 等高速總線都對(duì)于時(shí)鐘數(shù)據(jù)抖動(dòng)有明確要求。本文針對(duì)示波器進(jìn)行的實(shí)時(shí)抖動(dòng)測(cè)試方法探討了影響抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵因素。

2. 典型的抖動(dòng)測(cè)試方法
為成功地設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)不僅需要理解什么是抖動(dòng)計(jì)算抖動(dòng)的大小還需要對(duì)不同的抖動(dòng)分量進(jìn)行隔離和分解分析造成抖動(dòng)的原因進(jìn)而避免在高速系統(tǒng)中出現(xiàn)抖動(dòng)造成的系
統(tǒng)故障。在了解抖動(dòng)測(cè)試前明智選擇合適的抖動(dòng)測(cè)試工具和方法成為整個(gè)抖動(dòng)測(cè)試工作的第一步。目前有幾種抖動(dòng)測(cè)試工具可供選擇誤碼儀(BERT)直接測(cè)試系統(tǒng)的誤碼率但是價(jià)位昂貴功能單一并不適合設(shè)計(jì)人員和調(diào)試人員；采用時(shí)間間隔分析儀測(cè)試抖動(dòng)也存在功能單一抖動(dòng)分析能力不足的限制。高性能數(shù)字示波器配備高速采集內(nèi)存成為最流行的抖動(dòng)測(cè)試工具。
對(duì)于數(shù)字示波器而言典型的抖動(dòng)測(cè)試方法主要有2 種：
1) 采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的等效采樣模式或直接使用采樣示波器通過(guò)直方圖統(tǒng)計(jì)測(cè)量累計(jì)定時(shí)抖動(dòng)。等效采樣的缺點(diǎn)是無(wú)法消除示波器自身的觸發(fā)抖動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響并且由于
它采用的是多次觸發(fā)多次采集累計(jì)顯示的工作方式對(duì)于電路設(shè)計(jì)和調(diào)試而言受到較多的限制無(wú)法進(jìn)行深層的抖動(dòng)分析。另一個(gè)限制是該方法抖動(dòng)測(cè)試參數(shù)有限例如不能測(cè)試周期間抖動(dòng)。
2)
3) 更為流行的方法是采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的實(shí)時(shí)捕獲模式單次觸發(fā)連續(xù)采集大量數(shù)據(jù)配合相應(yīng)的抖動(dòng)測(cè)試軟件進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試。當(dāng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集模式時(shí)由于示波器工作在單次
觸發(fā)模式連續(xù)實(shí)時(shí)采集所有信號(hào)所以它不受儀器多次觸發(fā)帶來(lái)的觸發(fā)抖動(dòng)影響。并且它可以通過(guò)復(fù)雜的抖動(dòng)分析和抖動(dòng)分解得到每一個(gè)抖動(dòng)分量幫助設(shè)計(jì)和測(cè)試人員分析抖動(dòng)產(chǎn)生的原因甚至通過(guò)抖動(dòng)分解估算系統(tǒng)的誤碼率。例如在美國(guó)國(guó)家信息標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(INCITS)下屬的T11.2 組織在有關(guān)抖動(dòng)和信號(hào)完整性方法論(MJSQ)中推薦泰克實(shí)時(shí)示波器配合TDSJIT3 抖動(dòng)分析軟件進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試和分析。圖1 是TDSJIT3 實(shí)時(shí)抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果。


3. 抖動(dòng)測(cè)試
　　抖動(dòng)可以描述為相鄰脈沖邊沿、甚至非相鄰脈沖邊沿周期或相位的定時(shí)變化。這些指標(biāo)適合檢定長(zhǎng)期和短期的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。通過(guò)更加深入地分析抖動(dòng)指標(biāo)利用抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果預(yù)測(cè)復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能。
　　周期抖動(dòng)用來(lái)衡量時(shí)鐘或數(shù)據(jù)周期樣點(diǎn)的邊沿到邊沿定時(shí)。例如通過(guò)測(cè)量1000個(gè)時(shí)鐘周期上升沿之間的時(shí)間可以對(duì)統(tǒng)計(jì)的周期取樣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)會(huì)告訴您信號(hào)的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)偏差等價(jià)于RMS周期抖動(dòng)最大周期減去最小周期得到峰到峰周期抖動(dòng)。每個(gè)不同周期測(cè)量的精度決定著抖動(dòng)測(cè)量的精度。
　　相位抖動(dòng)用來(lái)衡量被測(cè)信號(hào)邊沿相對(duì)于一個(gè)參考信號(hào)邊沿的時(shí)間偏差從而可以檢測(cè)到信號(hào)相位中的任何變化。這一指標(biāo)在許多方面不同于周期測(cè)量指標(biāo)。第一它單獨(dú)使用每個(gè)邊沿而沒(méi)有使用“period”或“cycle”一類的說(shuō)法。第二它可以測(cè)量大的時(shí)間位移。邊沿相位可以偏離幾百或幾千度但仍可以以非常高的精度進(jìn)行測(cè)量(360度等于一個(gè)周期或循環(huán)時(shí)間)。測(cè)量相位誤差常用的指標(biāo)是時(shí)間間隔誤差(TIE)測(cè)量結(jié)果用相對(duì)于度的秒來(lái)表示。TIE把信號(hào)邊沿與參考邊沿匹配起來(lái)對(duì)各邊沿之差相加計(jì)算總和。在比較了大量的邊沿之后可以為分析提供一個(gè)樣點(diǎn)集合。與上面的周期測(cè)量一樣標(biāo)準(zhǔn)偏差變成RMS TIE最大時(shí)間減最小時(shí)間得到峰到峰值(peak-to-peak)TIE等等。TIE測(cè)試精度取決于構(gòu)成樣點(diǎn)集合的各個(gè)測(cè)量的精度。圖2顯示的是對(duì)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的不同抖動(dòng)測(cè)試參數(shù)。


4. 測(cè)試精度
　　任何設(shè)計(jì)人員選擇示波器進(jìn)行參數(shù)測(cè)量前都會(huì)通過(guò)產(chǎn)品的指標(biāo)了解其測(cè)試精度以保證足夠的容許誤差和測(cè)量余量抖動(dòng)測(cè)試也不例外。抖動(dòng)測(cè)試精度受到許多因素的影響主要包括示波器的定時(shí)穩(wěn)定度、取樣噪聲、儀器幅度本底噪聲和內(nèi)插誤差。
　　內(nèi)插誤差是由在實(shí)際電壓樣點(diǎn)之間進(jìn)行線性內(nèi)插導(dǎo)致的誤差。在測(cè)量100 ps上升時(shí)間的信號(hào)、示波器以20 GSa/s采樣率在50%電壓門限上進(jìn)行檢測(cè)時(shí)這一誤差要小于0.3 ps RMS。在許多情況下這一誤差可以使用示波器中的Sin(X)/X正弦內(nèi)插及其它方法改善例如充分利用示波器的垂直動(dòng)態(tài)范圍使輸入信號(hào)幅度達(dá)到示波器滿刻度。在大多數(shù)情況下這一原因?qū)е碌恼`差會(huì)遠(yuǎn)小于其它誤差源并且通過(guò)使用如Sin(X)/X內(nèi)插可以進(jìn)一步減小這一誤差。
　　示波器采樣系統(tǒng)中定時(shí)元件的穩(wěn)定性直接影響著定時(shí)測(cè)量精度。如果時(shí)基有誤差那么基于該時(shí)基進(jìn)行的測(cè)量會(huì)具有同等或更大的誤差。示波器中的時(shí)基穩(wěn)定性包括參考時(shí)鐘、倍頻器、計(jì)數(shù)器等相關(guān)電路的穩(wěn)定性。
　　另外兩個(gè)誤差源分別是ADC孔徑不確定性和量化誤差。這些誤差可以表現(xiàn)為幅度噪聲和定時(shí)噪聲具體取決于取樣數(shù)據(jù)使用的方式很難區(qū)分該誤差的實(shí)際來(lái)源因?yàn)槟��?shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間不同。由于采樣頭要求有限的時(shí)間選通樣點(diǎn)(ADC孔徑不確定性)任何取樣都可能同時(shí)包括時(shí)間誤差和幅度誤差。由于ADC分辨率和相關(guān)量化誤差的綜合結(jié)果取樣時(shí)間和電壓樣點(diǎn)位置會(huì)表現(xiàn)出有限的誤差。
　　最后幅度噪聲是定時(shí)測(cè)量精度中另一個(gè)因素。在快速邊沿中幅度噪聲的影響最小但在邊沿速率變慢時(shí)幅度噪聲會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。這是因?yàn)樵谶呇厮俾氏鄬?duì)于系統(tǒng)帶寬變慢時(shí)幅度噪聲會(huì)改變跨越門限的定時(shí)這樣幅度噪聲就會(huì)變成定時(shí)測(cè)量誤差。

增量時(shí)間精度(DTA)
針對(duì)上述多種因素的影響怎樣才能確保結(jié)果是精確的呢？或者說(shuō)如何評(píng)估示波器的時(shí)間測(cè)試精度呢？由于抖動(dòng)測(cè)試是時(shí)間信息的提取泰克最早使用“增量時(shí)間精度”(Delta Time
Accuracy)指明時(shí)間測(cè)量的精度。這一指標(biāo)在數(shù)字示波器中至關(guān)重要因?yàn)樗�包括前面提到的所有影響時(shí)間精度的多種效應(yīng)導(dǎo)致的總體影響。
一般增量時(shí)間精度 (DTA)指標(biāo)為：
　　　　　DTA = ±0.3× SI + 3.5ppm× MI
　　其中SI是取樣時(shí)間間隔單位為秒例如20GS/s采樣率下樣點(diǎn)時(shí)間間隔為25ps。MI是測(cè)量時(shí)間間隔單位為秒。±0.3是示波器采集系統(tǒng)常系數(shù)。
　　采用上面的公式來(lái)定義DTA是因?yàn)閹讉�(gè)不同因素對(duì)精度的影響不同。首先是時(shí)基精度一個(gè)10.0 MHz參考源的校準(zhǔn)精度以及校準(zhǔn)后是否漂移都會(huì)影響長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量結(jié)果。例如在測(cè)量一個(gè)時(shí)間為1.0 ms脈沖時(shí)低于皮秒級(jí)的影響(如內(nèi)插誤差)相對(duì)于0.4 ppm校準(zhǔn)偏差引起的誤差非常小因?yàn)?.0 ms ×0.4ppm得到誤差高達(dá)400 ps。
　　例如通過(guò)使用TDS6804B(8GHz帶寬20GS/s采樣率)示波器進(jìn)行兩個(gè)時(shí)鐘測(cè)量(一個(gè)短時(shí)鐘周期、一個(gè)長(zhǎng)時(shí)鐘周期)可以查看主要定時(shí)誤差的來(lái)源。當(dāng)測(cè)試1.0GHz高速時(shí)鐘時(shí)使用TDS6804B以20GS/s實(shí)時(shí)采樣率進(jìn)行采樣。根據(jù)DTA公式可以得到下面結(jié)果：
　　　　DTA = ±0.3× 50 ps + 3.5ppm×1ns = ±15ps
　　這是在單次采集或?qū)崟r(shí)采集中進(jìn)行的任何一項(xiàng)時(shí)間測(cè)量的峰峰值測(cè)量誤差。在大量的統(tǒng)計(jì)樣本中誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差一般為0.06×SI＋3.5 ppm×MI。在本例中其約等于3.0 ps RMS(0.06×50ps＋3.5ppm×1ns)。
　　當(dāng)在測(cè)量100 kHz時(shí)鐘時(shí)根據(jù)DTA公式可以得到下面結(jié)果：
DTA = ±0.3× 50 ps + 3.5ppm×10us = ±50 ps
　　測(cè)量誤差可能會(huì)高達(dá)50 ps峰值RMS結(jié)果將受到類似的影響因?yàn)闀r(shí)基誤差是確定的。在這種情況下我們看到在測(cè)量時(shí)間更長(zhǎng)時(shí)常數(shù)0.3所決定的短期抖動(dòng)效應(yīng)變得不如時(shí)基校準(zhǔn)和穩(wěn)定性對(duì)長(zhǎng)時(shí)間結(jié)果的影響明顯。在泰克示波器中采用一種獨(dú)有硬件技術(shù)保證更高的時(shí)間測(cè)試精度稱為實(shí)時(shí)內(nèi)差模式它作用在示波器采集前端通過(guò)sinx/x內(nèi)差算法在ADC的樣點(diǎn)間插入樣點(diǎn)并且可以調(diào)節(jié)插入的樣點(diǎn)數(shù)目最小樣點(diǎn)間隔為500fs。

分辨率
　　測(cè)量分辨率定義了可靠地檢測(cè)到測(cè)量變化的能力。不要把分辨率與測(cè)量精度、甚至測(cè)量可重復(fù)性混為一談。在定時(shí)測(cè)量中分辨率是辨別信號(hào)定時(shí)中微小變化的能力而不管變化是有目的的還是由噪聲引起的。在實(shí)時(shí)示波器中定時(shí)分辨率受到采樣率、內(nèi)插精度和基于軟件的數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)的限制。在使用40 GS/s的取樣速率和SIN(X)/X內(nèi)插時(shí)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)幾十飛秒的分辨率。由于上面的參考實(shí)例中的分辨率基于數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)因此實(shí)際分辨能力低于一飛秒(0.0001ps)。
　　分辨率是指測(cè)量定時(shí)中微小變化的能力。但這可能并不一定反映真實(shí)情況。在測(cè)量幅度小的噪聲或抖動(dòng)時(shí)必須考慮示波器系統(tǒng)的抖動(dòng)本底噪聲。僅通過(guò)分辨率對(duì)理解精度或示波器整體能力的實(shí)際極限并沒(méi)有什么幫助。

抖動(dòng)本底噪聲(JNF)
　　抖動(dòng)本底噪聲(Jitter Noise Floor)是抖動(dòng)測(cè)量時(shí)儀器固有的噪聲定義為時(shí)間值它是抖動(dòng)測(cè)試中的最關(guān)鍵指標(biāo)因?yàn)镴NF決定著可以檢測(cè)到的抖動(dòng)底限�？陀^的講幅度小于JNF的抖動(dòng)示波器是觀察不到的。盡管某些廠商可能聲稱可以分辨小于JNF的抖動(dòng)幅度但這種能力幾乎沒(méi)有什么參數(shù)價(jià)值。
　　檢驗(yàn)JNF的方法之一是測(cè)量沒(méi)有噪聲的、完美定時(shí)的信號(hào)。盡管完美信號(hào)非常少見(jiàn)但適當(dāng)良好的信號(hào)源是存在的，可以用來(lái)表征抖動(dòng)本底噪聲。一般用于這一測(cè)試的常用儀器是具有低相位噪聲的高精度RF發(fā)生器。
　　泰克示波器使用時(shí)間間隔誤差(TIE)來(lái)測(cè)量JNF。TIE是最優(yōu)方法因?yàn)樗鼫y(cè)試出信號(hào)中的任何相位誤差而不管誤差具有高頻特點(diǎn)還是低頻特點(diǎn)是單次事件誤差還是累積誤差。此外在實(shí)時(shí)示波器中TIE方法可以將計(jì)算得到的完美時(shí)鐘作為參考時(shí)鐘源。

內(nèi)存長(zhǎng)度對(duì)抖動(dòng)測(cè)試的影響
影響JNF的另一個(gè)因素是在測(cè)試結(jié)果中包括的抖動(dòng)噪聲的頻段。所有抖動(dòng)都具有不同的頻率分量其通常從DC直流到高頻部分。抖動(dòng)測(cè)試的頻率范圍是由示波器的高速采集內(nèi)存的大小決定它是單次采集時(shí)間窗口的倒數(shù)(單次采集時(shí)間窗口＝高速內(nèi)存長(zhǎng)度×采樣間隔時(shí)間)。例如泰克TDS6154C在40GSa/s時(shí)實(shí)現(xiàn)了64 M的高速采集內(nèi)存即一次觸發(fā)能夠以25ps的時(shí)間間隔連續(xù)采集64M個(gè)樣點(diǎn)得到單次采集時(shí)間為1.6ms因此它能夠測(cè)量最低到625 Hz的抖動(dòng)。因此在示波器中測(cè)量JNF時(shí)還應(yīng)指明該指標(biāo)包括的頻率范圍。泰克示波器一般標(biāo)稱的是在最長(zhǎng)記錄長(zhǎng)度和高采樣率下的JNF。
　　當(dāng)使用示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試時(shí)高速采集內(nèi)存長(zhǎng)度是示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試的關(guān)鍵。在示波器的前端放大器和采集電路后面跟隨著高速存儲(chǔ)電路，超聲波探傷儀它存儲(chǔ)ADC轉(zhuǎn)換的采樣點(diǎn)。高速內(nèi)存長(zhǎng)度不僅決定了一次抖動(dòng)測(cè)試中樣本數(shù)的多少還決定了示波器能夠測(cè)試的抖動(dòng)頻率范圍。下表顯示的為20GSa/s高采樣率下不同內(nèi)存長(zhǎng)度分析抖動(dòng)頻率范圍的大小。

　　傳統(tǒng)示波器設(shè)計(jì)時(shí)采用將高速采集前端(多達(dá)80顆ADC)和高速內(nèi)存在物理上用一顆SOC芯片實(shí)現(xiàn)由于有太多功能在一個(gè)芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致片內(nèi)高速內(nèi)存容量的限制(在40GS/s下小于2M)只能測(cè)量直到20KHz以上的抖動(dòng)并且當(dāng)需要測(cè)試低頻抖動(dòng)時(shí)無(wú)法對(duì)內(nèi)存擴(kuò)展升級(jí)。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用測(cè)試和分析625Hz到20KHz范圍內(nèi)的抖動(dòng)信息非常重要特別是對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)。為了彌補(bǔ)這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷這類示波器會(huì)采用在芯片外部添加低速存儲(chǔ)器彌補(bǔ)片內(nèi)高速內(nèi)存的限制但外部存儲(chǔ)器不能在高采樣率下工作一般只能提供2GS/s樣點(diǎn)間隔500ps由于絕大多數(shù)信號(hào)邊沿速度都在皮秒級(jí)2GS/s無(wú)法在信號(hào)邊沿采集足夠樣點(diǎn)甚至出現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)混疊所以它無(wú)法提供有意義的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果。
　　TDS6154C示波器采用硅鍺(SiGe)半導(dǎo)體集成采集前端并使用獨(dú)立的高速存儲(chǔ)器這樣就不受內(nèi)存長(zhǎng)度的限制并且它同時(shí)支持最大采樣率和存儲(chǔ)長(zhǎng)度。
　　因?yàn)閮?nèi)存長(zhǎng)度對(duì)JNF和實(shí)際抖動(dòng)測(cè)試都有至關(guān)重要的影響為了提供和其它示波器廠商的該指標(biāo)有可比性泰克還提供了其它情況下的JNF指標(biāo)即將TDS6154C示波器的存儲(chǔ)長(zhǎng)度限制為2 M進(jìn)行JNF測(cè)試以便和其它有內(nèi)存限制的示波器進(jìn)行比較。在這一頻率范圍內(nèi)TDS6154C的典型JNF是420fs該指標(biāo)比其它類型示波器小一倍。

5. JNF 測(cè)試實(shí)例
　　通過(guò)和示波器的DTA指標(biāo)相結(jié)合JNF可以幫助確定該示波器在時(shí)間域中進(jìn)行有效精確測(cè)量的能力。圖3 所示為泰克TDS6154C示波器測(cè)量一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)源(如BERT或RF發(fā)生器)信號(hào)的性能。測(cè)試使用相對(duì)較短的內(nèi)存長(zhǎng)度為5nsTIE測(cè)試結(jié)果為326 fs RMS。這種測(cè)試方法對(duì)應(yīng)于其它示波器廠商提供的抖動(dòng)測(cè)量本底噪聲指標(biāo)(JMF)它們的測(cè)試方法類似。由于在JMF指標(biāo)下示波器的時(shí)基設(shè)置只能測(cè)試到大約200 MHz以上(5ns的倒數(shù))的抖動(dòng)頻率無(wú)法全面反映該示波器的抖動(dòng)測(cè)試能力所以泰克示波器提供JNF指標(biāo)更客觀的表征實(shí)際情況下抖動(dòng)測(cè)試能力。JMF會(huì)丟失絕大多數(shù)的低頻抖動(dòng)信息它和JNF指標(biāo)在絕大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中不能互換。

　　圖4表明了使用更長(zhǎng)的內(nèi)存記錄長(zhǎng)度連續(xù)采集10us信號(hào)得到的更合理結(jié)果。在這種情況下TDS6154C 測(cè)試的TIE只是略有提高為374fs。它的采集顯示了在更長(zhǎng)的采集時(shí)間上的抖動(dòng)本底噪聲其中包括直到大約100kHz(10us的倒數(shù))的低頻噪聲。這可以更全面地查看信號(hào)上超過(guò)100K的噪聲但仍不能完全表示示波器的使用方式。當(dāng)在40GS/s采樣率下連續(xù)采集10us信號(hào)時(shí)需要400K的記錄長(zhǎng)度這個(gè)記錄長(zhǎng)度設(shè)置已經(jīng)接近傳統(tǒng)示波器的測(cè)試極限。

　　圖5表明了在40 GSa/s取樣速率、40 Mpts采集內(nèi)存、連續(xù)采集1 ms時(shí)間后對(duì)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行的TIE測(cè)量這一時(shí)間比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手示波器最長(zhǎng)的內(nèi)存長(zhǎng)度要長(zhǎng)20倍。1 ms采集結(jié)果中包括從1 kHz直到示波器帶寬的噪聲來(lái)源本例中的TDS6154C示波器帶寬是15 GHz1 ms采集可以直接查看從15 GHz直到1 kHz的信號(hào)抖動(dòng)和調(diào)制效應(yīng)。
　　通過(guò)圖5可以看出TIE測(cè)試結(jié)果約為1.0 ps RMS但更重要的是最大定時(shí)誤差的峰峰值。在1ms采集中峰值定時(shí)誤差指標(biāo)小于±7 ps周期間誤差約為±4 ps峰值。如果考慮一下目前儀器的典型使用方式采用基于PLL的TIE測(cè)量誤差降低到±3 ps峰值以下在所示的40 M采樣點(diǎn)、1ms記錄中降低到500 fs RMS以下。實(shí)際儀器的JNF小于顯示的值因?yàn)樾盘?hào)源中也有噪聲。通過(guò)圖5可以看到TDS6154C在40 GS/s 40 Mpt記錄長(zhǎng)度上擁有非常好的長(zhǎng)期性能。

　　在當(dāng)前的高速總線標(biāo)準(zhǔn)中如FBD、PCI Express和DDR2TDS示波器可以采集和處理長(zhǎng)記錄長(zhǎng)度顯示周期間相關(guān)性檢驗(yàn)參考時(shí)鐘的調(diào)制特性檢驗(yàn)PLL和時(shí)鐘恢復(fù)性能。

6. 結(jié)論
　　面對(duì)當(dāng)前各種時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的抖動(dòng)測(cè)試需求針對(duì)當(dāng)前的應(yīng)用和要求選擇合適的工具和測(cè)試方法是第一步。在進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試前需要了解示波器對(duì)抖動(dòng)測(cè)試精度影響的關(guān)鍵指標(biāo)和測(cè)試方法例如JNFDTA等以及不同測(cè)試參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，這是保證高精度抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果的前提。
　　抖動(dòng)測(cè)試時(shí)不僅需要對(duì)示波器整體性能進(jìn)行評(píng)估例如示波器的帶寬、采樣率還需要與之匹配的高采樣率下的采集內(nèi)存長(zhǎng)度這樣才能測(cè)量從低頻段到儀器帶寬的抖動(dòng)同時(shí)保持各種相位和諧波關(guān)系對(duì)被測(cè)信號(hào)的抖動(dòng)有一個(gè)全面的分析。
　　因?yàn)槎秳?dòng)是一種從DC到超高頻的現(xiàn)象當(dāng)試圖發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)產(chǎn)生的根源時(shí)必需能夠查看整個(gè)抖動(dòng)頻譜從不到千赫茲的電源頻率直到幾百兆赫的相鄰時(shí)鐘和數(shù)據(jù)頻率干擾。泰克示波器不僅提供提供了與帶寬采樣率匹配的高速存儲(chǔ)長(zhǎng)度還提供業(yè)內(nèi)最高的抖動(dòng)測(cè)試精度。