抖動(dòng)測量與分析在串行數(shù)據(jù)電路設(shè)計(jì)和測試中至關(guān)重要，精確測量是工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。影響抖動(dòng)測試結(jié)果和精度的因素眾多，既涉及操作設(shè)置，也關(guān)乎儀器指標(biāo)。

操作設(shè)置對抖動(dòng)測試的影響

示波器測量設(shè)置

垂直刻度：信號在垂直刻度方向占滿7格左右，可充分利用垂直顯示精度。

水平方向：要有足夠采樣率和存儲深度。存儲深度不足，實(shí)時(shí)示波器可能無法正確進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)；存儲深度過長，運(yùn)算速度會變慢。部分標(biāo)準(zhǔn)推薦特定數(shù)據(jù)量捕獲波形分析，如USB3.x和PCIE3.0推薦1M UI，PCIE4.0改為2M UI，一般性串行數(shù)據(jù)抖動(dòng)分析應(yīng)達(dá)100K UI量級以上。進(jìn)行SSC測量時(shí)，若手動(dòng)分析，需根據(jù)測量周期數(shù)和采樣率計(jì)算采樣深度。

閾值和遲滯設(shè)置：通常設(shè)信號幅度一半為閾值，差分總線為0V，有共模偏置的信號需先測量信號幅度和共模電壓以選取準(zhǔn)確閾值。準(zhǔn)確遲滯設(shè)置可避免示波器將信號邊沿不連續(xù)誤判為ISI抖動(dòng)。

時(shí)鐘恢復(fù)算法：遵循被測信號規(guī)范設(shè)置時(shí)鐘恢復(fù)算法，是實(shí)時(shí)示波器抖動(dòng)分析和分解的基礎(chǔ)。

其他設(shè)置：如ISI濾波器大小、Rj帶寬等也會影響抖動(dòng)分解。不熟悉抖動(dòng)測試時(shí)，可使用示波器上的抖動(dòng)測試向?qū)ё詣?dòng)設(shè)置信號參數(shù)，還可安裝Keysight實(shí)時(shí)示波器離線軟件深入了解。

儀器指標(biāo)對抖動(dòng)測試的影響

測量系統(tǒng)帶寬

測量系統(tǒng)帶寬包括示波器、探頭、電纜及夾具等連接部件。帶寬不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，低于規(guī)范會帶來額外ISI抖動(dòng)。雖去嵌技術(shù)可部分解決，但會放大儀器本底噪聲，帶來額外誤差；過高帶寬會引入更多高頻帶噪聲。

實(shí)時(shí)示波器采樣率

更高采樣率有更高分辨率和邊沿解析度，能提高抖動(dòng)分析精度。第三方Jitter Labs針對PCIE Gen4/Gen5時(shí)鐘測量結(jié)果顯示，同型號產(chǎn)品更高采樣率測試結(jié)果更好；相同級別采樣率下，Keysight公司產(chǎn)品相對更優(yōu)。

儀器本底噪聲和固有抖動(dòng)

Keysight公司產(chǎn)品噪聲本底和固有抖動(dòng)更低，測量精度更高。實(shí)時(shí)示波器采用頻譜法進(jìn)行抖動(dòng)分析時(shí)，會將寬頻本底噪聲帶入RJ分析結(jié)果，增加誤差。儀器固有抖動(dòng)也是誤差來源，且噪聲本底與信號跳變斜率相關(guān)。Keysight公司在EZJIT Plus/Complete軟件里提供去除示波器本身隨機(jī)抖動(dòng)和噪聲的選項(xiàng)，提高測量精度。

波形捕獲時(shí)長

捕獲足夠時(shí)長波形用于數(shù)據(jù)分析很關(guān)鍵，可捕獲更多時(shí)鐘周期或數(shù)據(jù)UI，進(jìn)行更準(zhǔn)確抖動(dòng)分析，還能捕獲更低頻抖動(dòng)。選擇示波器時(shí)，推薦具有更長存儲深度配置的產(chǎn)品。

實(shí)時(shí)示波器在相噪測試領(lǐng)域的應(yīng)用

相噪測試需求背景

隨著數(shù)據(jù)速率提高、裕量下降，僅從時(shí)域測量抖動(dòng)已難以滿足需求。同時(shí)，實(shí)時(shí)示波器ADC位數(shù)從8bit向10bit升級，無雜散動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)提高，如Keysight公司的S和UXR系列實(shí)時(shí)示波器實(shí)現(xiàn)了硬件10bit ADC全天候覆蓋，SFDR指標(biāo)優(yōu)異，使其開始進(jìn)入頻域指標(biāo)測量領(lǐng)域，如相位噪聲測試。

相噪測試優(yōu)勢

節(jié)約投資：對于數(shù)字領(lǐng)域公司和工程師，無需專門投資相位噪聲測量儀器，利用現(xiàn)有實(shí)時(shí)示波器即可。

支持廣泛信號類型：可測量方波時(shí)鐘信號、帶SSC時(shí)鐘信號，尤其是SSC擴(kuò)頻時(shí)鐘在高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中常見。

測量頻率范圍廣：可測量100MHz以上的時(shí)鐘頻率偏移，而頻域儀器一般限定在100MHz范圍內(nèi)。

連接方式簡便：針對差分信號，示波器可采用高阻探頭直接探測或兩個(gè)通道輸入差分運(yùn)算，無需額外Balun附件。

數(shù)據(jù)存儲能力強(qiáng)：可保存波形用于傳統(tǒng)數(shù)字分析工具。

Keysight公司解決方案

Keysight公司在2018年推出基于Infinium系列實(shí)時(shí)示波器的D9010/D9020JITA抖動(dòng)/噪聲/相噪分析軟件，除包含EZJIT Complete功能外，還提供強(qiáng)大相噪測試功能，如繪制單邊帶相位噪聲、降低寬帶測量噪聲、測量差分時(shí)鐘相位噪聲等。相噪測試時(shí)可進(jìn)行2 - 通道互相關(guān)降低儀器本底噪聲，通過功分將時(shí)鐘信號分成兩個(gè)信號輸入示波器兩個(gè)通道，執(zhí)行雙通道互相關(guān)技術(shù)，減少內(nèi)部噪聲。

本文回顧了抖動(dòng)測試和分析的源起、基本方法、近年演進(jìn)及對相位噪聲和抖動(dòng)測試需求的挑戰(zhàn)，介紹了Keysight公司基于實(shí)時(shí)示波器的應(yīng)對方案和探索。