串行数据系统分析基础及抖动定义

（如果时钟和数据之间的相对抖动偏差太大，将会导致图示D触发器输出信号的逻辑翻转错误或者不稳定）

当数据信号的电平发生翻转后，时钟边沿与数据边沿需要一定的建立时间来锁存数据；同时，数据信号的电平需要一定的保持时间让时钟能稳定的锁存数据。为了让建立时间和保持时间最大化，时钟最好能出现在数据比特位的中央。但是由于数据或者时钟存在抖动，抖动较大时，无法满足建立时间和保持时间的要求，D触发器可能输出错误的数据，产生误码。特别是在高速数字电路中，速率的增加导致建立时间和保持时间的余量越来越小，由于抖动产生误码的概率越来越高，所以，时钟和数据的抖动测试非常重要。

二、抖动的基本概念

抖动的定义为信号在电平转换时，其边沿与理想时间位置的偏移量。抖动比较大时可能出现：并行总线的建立保持时间余量不够、时钟稳定度差、串行信号接收端误码率高等现象。

图7理想数字信号和实际数字信号的差别

研究串行数据系统的抖动主要是研究时钟与串行数据的相对抖动，而不是单纯的指时钟抖动或者数据抖动。也就是说即使时钟有很大的抖动，但是只要数据也存在同样大的抖动，则两者之间的相对抖动仍旧很小，时钟和数据之间的建立时间和保持时间也仍旧能够得到保证。如下图所示：

图8串行数据系统中研究数据和时钟之间的相对抖动才是最重要的，目标是使得数据信号和时钟信号同相位

当带有抖动的数据信号与带有抖动的时钟信号出现较大的相位偏差时，系统即有可能出现建立时间、保持时间不够，出现误码等情况；这个偏差叫做串行数据的时间间隔误差（TIE，timeintervalerror）。每一个时钟边沿和数据边沿都会有一个时间间隔误差，那么我们需要关注哪一个边沿的TIE呢？还是关注一段时间内（一定的波形数量）所有波形边沿的TIE的累积效果呢？需要多少波形数据统计运算得到的TIE才符合要求呢？搞清楚这几个问题需要了解下串行数据系统中经常用到的另外一个概念：误码率（BER，biterrorrate）

三、串行数据系统中误码率的概念

由于串行数据系统需要在一给定的时间内发送或者传输许多位的数据，因此衡量系统的整体性能通常由在一段时间内或者一定数量的数据进行衡量，即发送端发送一定量的数据，在接收端接收到的数据中出现错误位的比率，也叫做误码率。大部分的串行数据标准要求，发送端发送10e+12个误码，在接收端出现误码的比率不能多于一个，也就是误码率为10e-12，相对应的要求在此误码率下抖动不能超过一定的值。而示波器累积10e+12个误码，可能需要数天的时间，因此示波器在分析误码率抖动时通常需要用到统计分析、外推等抖动算法。

图91000M以太网标准对抖动的要求

四、抖动的来源

产生抖动的原因有多种，从元器件来看分为intrinsic抖动与nonintrinsic抖动两种，前者是与电子器件和半导体器件的电子和空穴特性有关，后者与电路的设计有关，可以通过优化设计来改善。前者产生的抖动称为随机抖动（RandomJitter，简称Rj），后者产生的抖动称为固有抖动（Deterministicjitter）。随机抖动的来源为热噪声、ShotNoise和FlickNoise。固定抖动的来源为：开关电源噪声、反射、串扰、电磁干扰等等。在后续专门介绍随机抖动和固有抖动的文章中将详细介绍。

参考文献

[1]Digitalcommunicationstestandmeasurement,Derickson,Dennis

作者：美国力科公司上海代表处 胡为东 来源：EDN China