介绍

    抖动是一组信号边沿与其理想值的时序变化。时钟信号中的抖动通常由系统中的噪声或其他干扰引起。导致因素包括热噪声，电源变化，负载条件，器件噪声和从附近电路耦合的干扰。

抖动类型

    抖动可以通过多种方式测量; 以下是抖动的主要类型：
        周期抖动
        ·循环周期周期抖动
        ·长期抖动
        ·相位抖动
        ·时间间隔误差（TIE）

周期抖动

    周期抖动是时钟信号相对于多个随机选择的周期的理想周期的周期时间的偏差。如果我们给出了多个单独的时钟周期，我们可以测量每个时钟周期，并计算平均时钟周期以及标准偏差和峰值。标准偏差和峰值分别通常称为RMS值和Pk-Pk周期抖动。
    许多出版物将周期抖动定义为测量时钟周期与理想周期之间的差异。在现实世界的应用中，通常难以量化理想的时期。如果使用示波器观察振荡器设置为100 MHz的输出，则平均测量时钟周期可能为9.998 nS而不是10 nS。因此，将平均期间视为理想时期通常更为实用。

周期抖动应用

    周期抖动在计算数字系统中的时序裕度时很有用。考虑一个基于微处理器的系统，其中处理器在时钟上升之前需要1 nS的数据设置。如果时钟的周期抖动为-1.5 nS，则在数据有效之前可能会出现时钟的上升沿。因此微处理器将被呈现不正确的数据。该示例在图1中示出。

图1.由时钟抖动引起的数据设置违规

    类似地，如果另一个微处理器具有2 nS的数据保持时间要求，但现在时钟抖动为+1.5 nS，则数据保持时间有效降低到0.5 nS。微处理器再次看到不正确的数据。这种情况如图2所示。

图2.由时钟抖动引起的数据保持时间违规

从RMS抖动计算峰峰值抖动

    因为来自时钟的周期抖动本质上是高斯分布的，所以它可以用微秒（pS）的均方根（RMS）值来完全表达。然而，峰 - 峰值更多与计算设置和保持时间预算相关。要将样本大小为 10,000的RMS抖动转换为峰峰值（Pk-Pk）抖动，读者可以使用以下公式：

Peak-to-peak period jitter = 7.44 x (RMS jitter) -----------------------公式1

    例如，如果RMS抖动为3 pS，峰峰值抖动为±11.16 pS。

    公式1是从高斯概率密度函数（PDF）表中得出的。例如，如果样本量为100，那么这些样本中的99个将与平均值相差±2.327σ平均而言，只有1个样本将在该地区以外。 SiTime测量RMSJEDEC标准规定的样本大小为10,000的周期抖动。

表1.高斯概率密度函数（PDF）

周期抖动测量方法

    周期抖动在JEDEC标准65B中定义为信号的周期时间偏差相对于多个随机选择的周期的理想周期。 JEDEC标准进一步规定，应在10,000次循环的样本上测量周期抖动。SiTime公司建议使用以下步骤测量周期抖动：

    1.测量一个时钟周期的持续时间（上升沿下降沿）
    2.等待随机数的时钟周期
    3.重复上述步骤10,000次
    4.计算10,000个样本的平均值，标准偏差（σ）和峰值
    5.重复上述测量25次。从25组结果中，计算出平均峰峰值。

    从10,000个随机样本（步骤4）的测量计算出的标准偏差（σ）或RMS值是相当准确的。 RMS值的误差可以用下列公式计算：

公式2

    其中σn是收集的样本的RMS（或σ），N是样本大小。对于一个样本大小为10,000，ErrorRMS为0.0071σn。这个误差是随机的，它跟随高斯分配。最差情况下的测量误差通常计算为±3 ErrorRMS。
例如，如果从10000个随机样本计算出的RMS值为10 pS，则ErrorRMS将为0.071 pS，实际上该测量的所有RMS值仍将落在其中窄范围为10±0.213 pS。在实际应用中，样本集中的RMS误差10,000个小到足以忽视。
    虽然可以从随机10000样本集计算出准确的RMS值，但峰值 - 峰值价值更难衡量。由于周期抖动的随机性，越大样本大小，在远端拾取数据点的概率越高分布曲线。换句话说，峰 - 峰值发散而不是会聚收集更多样品。这就是为什么我们添加了一个额外的步骤，第5步生成的原因更稳定和可重复的峰 - 峰测量。
    10,000个随机样本的每次测量（步骤4）产生一个标准偏差值和一个峰 - 峰值。通过随机重复这个过程25次，我们可以收集一个好的数据点集，我们可以从中计算高峰值的平均峰值准确度。我们还可以从这些数据中计算平均RMS值，但是它将是非常接近从每个单独运行导出的RMS值。
    图3是以125 MHz捕获的3.3V SiT8102振荡器的周期抖动直方图通过Wavecrest SIA-4000C。它表示测量的一组RMS和峰 - 峰值从10,000个样品（步骤4）。

图3. 10,000周期抖动测量的直方图

循环到周期抖动

    循环周期（C2C）抖动在JEDEC标准65B中被定义为相邻周期之间的信号在相邻周期对的随机采样之间的周期时间的变化。 JEDEC标准进一步规定每个样品量应大于或等于1,000.请注意，循环到循环抖动仅涉及2个连续循环之间的周期差，没有参考理想循环。
    循环到周期抖动通常被报告为pS中的峰值，其定义任何两个连续时钟的上升沿之间的最大偏差。这种类型的抖动规范通常用于说明扩频时钟的稳定性，因为周期抖动对频率扩展特性更敏感，而C2C抖动不是。有时候，循环到周期抖动也是pS中的RMS值。

循环到循环抖动测量方法

    SiTime建议使用以下步骤测量循环周期抖动：

    1.测量两个相邻时钟周期T1和T2的周期时间
    2.计算T1-T2的值。记录这个数字的绝对值。
    3.等待随机数的时钟周期
    4.重复上述步骤1000次
    5.计算标准偏差（σ），并从1,000个样本计算峰值。该峰值是数据集中最大的绝对（T1-T2）数。
    6.重复上述测量25次，并计算平均峰值25套结果。

    与峰 - 峰周期抖动类似，周期到周期抖动的峰值也发散而不是收集更多的样品。添加步骤6中的步骤获取来自25个样本集的平均峰值C2C抖动。
    图4是循环到循环抖动直方图的示例。在这种情况下，峰值周期循环抖动为25.66 pS（两个数字中较大的：21.22 pS和-25.66 pS绝对形式）。

图4.循环到循环抖动直方图