信号完整性分析系列之八——抖动的频域分析

在上两篇文章中，我们分别介绍了直方图（统计域分析）和抖动追踪（时域分析）在抖动分析中的应用。从抖动的直方图和抖动追踪波形上我们可以得到抖动的主要构成成分以及抖动参数的变化趋势。如需对抖动的构成做进一步的分析，还需要从频域角度去进一步分析抖动的跟踪波形。
抖动的频谱即是对抖动追踪（jitter track）波形做FFT运算。如下图1所示为一个时钟周期测量参数的追踪、频谱分析步骤及效果，在抖动频谱图上可以清楚的看出某两个频率值点抖动比较大：

图1 抖动频谱黄色为实际采集到的时钟波形（C1通道）
P1测量C1通道时钟信号的时钟周期F7函数对P1测量参数进行跟踪F6对F7进行FFT分析 
下图2所示为一典型的串行信号抖动追踪频谱图，从图中可看出各种抖动成分；DDj和Pj为窄带频谱（三角形谱或者谱线）但是DDj和Pj的区别是由于DDj是和码型相关的，其频率fDDJ一般会是数据位率的整数倍，如果Pj的频率fPJ正好等于fDDJ，那么从抖动的频谱图里面是很难将DDj和Pj精确的分开的，所以通常在抖动分解的过程中一般通过时域平均的方法来分解DDj；BUj主要由于串扰等因素引起的，一般分为两种，一种是窄带，但幅度较高，很显然这类BUJ也是很难和PJ区分开的，除非我们知道引起BUJ的源头，知道其频率，所以说我们在抖动测试时得到的PJ一般会包含这类BUJ(所以通常情况下对这类BUJ不加区分，直接算做PJ，而将BUJ分类为PJ和OBUJ，在之前的抖动分类文章中有提及)；另外一类是宽带的BUJ（很多时候也叫OBUJ，other bounded uncorrelated jitter），幅度很小，基本会埋没到RJ中去，这类抖动很容易被误算作RJ，目前使用在示波器上的抖动分解软件只有Lecroy最近推出的SDAII（基于NQ-SCALE抖动分解理论）能够较好的将这类抖动从Rj中剥离出来；RJ是宽带频谱，幅度很小。

图2 典型的数据抖动频谱图构成

在Lecroy示波器的SDAII抖动分析软件中，是先通过时域平均的方法分离出DDJ.然后在对抖动追踪波形做FFT分析。因此剥离了DDJ以后的FFT频谱只包含了RJ+BUJ成份(注：此BUJ包含PJ和OBUJ)，如下图3所示：

图3 RJ+BUJ Spectrum

从上图3中，我们看到有一条黄色的门限曲线，门限曲线以上的谱线为Pj，谱线以下的为Rj+OBUJ。这条门限曲线是通过图中的一个包含200个点的小滑窗在整个频谱图上从左到右依次滑动，对每个小窗口中的样本点求median（中值），因为我们知道对于RJ来说，其median值应该为零（当然是当样本数量达到一定数量以后，所以说示波器里所用的200个样本点的滑窗也就是这个道理）。如果将OBUJ也当作RJ来处理，那么只要将门限曲线以下的部分求积分（平均功率）就可得到Rj的值了。目前其它示波器厂家计算RJ用的就是这样的办法，忽略了OBUJ的存在，测得的RJ值会略有偏大（当OBUJ存在的时候）。Lecroy示波器的SDAII抖动分析软件包包括了两种方法，一种就和上面的类似（叫dual-dirac spectral），计算得到的Rj会略有偏大；另外一种能够通过NQ-SCALE的理论将OBUJ有效的从RJ频谱中剥离出来，这个方法叫dual-dirac NQ-Scale，测量得到的RJ会更加精确。如下图4、5所示：

图4 Dual-Dirac Spectral 方法测得的Rj值（10.1ps）

图5 Dual-Dirac NQ-Scale 方法测得的Rj值（2.0ps）