知识贴！什么是抖动和相位噪声？

什么是抖动和相位噪声？抖动反映了数字信号与其理想位置之间的时间偏差。高频数字信号的位周期非常短，通常为几百ps甚至几十ps。小抖动会导致信号采样位置的电平发生变化，因此高频数字信号对抖动有严格的要求。实际信号非常复杂，并且可能同时具有不同频率的随机抖动分量（RJ）和确定性抖动分量（DJ）。确定性抖动可能是由符号间干扰或某些周期性干扰引起的，而随机抖动的很大一部分来自信号上的噪声。下图反映了有噪声的数字信号及其决策阈值。通常，我们将超过阈值的数字信号的状态判断为“ 1”。低于阈值的状态为“ 0”。由于信号的上升沿不是无限陡峭，因此垂直幅度噪声将导致信号越过阈值点。这是由于噪声导致信号抖动的原因。为了分析信号抖动，最常用的工具是对宽带示波器做出响应的抖动分析软件。示波器中的抖动分析软件可以轻松分解抖动的大小和各个组成部分，但是由于噪声和测量方法的局限，示波器难以准确测量亚ps级抖动。现在，许多高速芯片的时钟抖动要求低于1ps甚至更低。这就需要使用其他测量方法，例如相位噪声（phase noise）测量方法。我们知道抖动是时间的偏差，也可以理解为时钟相位的变化，即相位噪声。对于时钟信号，我们观察其基波的频谱分布。理想时钟信号的基波频谱应该是一条非常窄的频谱线，但是实际上，由于存在相位噪声，其频谱线是一个相对较宽的包络线。包络线越窄，相位噪声（抖动）越小，信号越接近理想信号。下图是实际时钟信号的频谱。信号的基波为2.5GHz。我们观察到2.5GHz附近10MHz带宽的频谱。我们可以看到，首先，信号的频谱不是很窄的频谱线，而是频谱线变宽（随机噪声的影响），其次，在其上叠加了特定频率的一些干扰（确定性抖动的影响）它。为了便于观察低频干扰，在相位噪声测量中，通常以信号的载波频率为起点，并以对数形式显示横坐标。横坐标反映了到信号载波频率的距离，纵坐标反映了相应的频率点能量与信号载波能量之比。该比率越小，除载波之外的其他频率分量的能量越小，并且信号越纯。用于精确测量时钟信号相位噪声的仪器是信号源分析仪。信号源分析内部有一个特殊电路。通过两个独立的本地振荡器的多重相关处理，可以将本机振荡器的相位噪声抑制得非常低。 ，以便可以执行精确的相位噪声测量。对于晶体振荡器产生的许多时钟，抖动的主要成分是随机抖动。如果将不同频率分量的相位噪声能量整合到相位噪声测试结果中，则可以得到随机抖动。通过信号源分析仪测量相位噪声，然后在一定带宽内积分能量，我们可以获得准确的随机抖动测量结果。信号源分析仪可以测量的最小抖动可以达到fs级别。 - 结尾 -