时钟抖动影响系统稳定性：五种抖动处理办法

快包 9月21日

PS：本应用手册提供以下信息：首先，介绍读者在当今高速系统中可能遇到的常见抖动类型；其次，为使用实时数字示波器测试各种类型的抖动提供指导方法。

引言

抖动是时钟信号边沿事件的时间点集合相对于其理想值的离散时序变量。时钟信号中的抖动通常是由系统中的噪声或其他干扰导致的。具体因素包括热噪声、电源变化、负载条件、器件噪声以及相邻电路耦合的干扰等。

抖动类型

时钟信号抖动定义有多种主要是：

● 周期抖动 (Period Jitter)

● 相邻周期抖动 (Cycle to Cycle Period Jitter)

● 长期抖动 (Long Term Jitter)

● 相位抖动 (Phase Jitter)

● 时间间隔误差 (Time Interval Error or TIE)

1、周期抖动

周期抖动是时钟信号的周期时间相对于一定数量、随机选定的理想时钟信号周期的偏差。如果我们能对一定数量的时钟周期进行测量，就可以计算出这一段时间测量窗口内的平均时钟周期以及其标准偏差与峰峰值。我们通常将标准偏差和峰峰值分别称作 RMS 值和 Pk-Pk 周期抖动。

许多已发表的文献中往往将周期抖动定义为测得的时钟周期与理想周期之间的差异，但在实际应用中，想要量化理想周期往往有困难。如果用示波器观察设定频率为 100 MHz 的振荡器的输出，测得的平均周期可能是 9.998 ns，而非理想周期的 10 ns。因此，在实际测量中可将测量时间窗口内的平均周期视为理想周期。

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更多关于周期抖动的应用介绍，以及如何根据 RMS 抖动计算峰峰抖动和周期抖动测量方法，请点击文末的“阅读原文”，查看全部内容！

2、相邻周期抖动

相邻周期 (C2C) 抖动，根据 JEDEC 标准 65B，是通过一定数量的相邻周期随机样本的计算得出相邻周期的时间变化。JEDEC 标准进一步规定：每个样本的大小应大于或等于 1,000。请注意，相邻周期抖动仅涉及两个连续周期之间的周期差，与理想周期无关。

相邻周期抖动一般体现为以 ps 为单位的峰值，用于定义任意两个连续时钟上升沿之间的最大偏差。此类型的抖动规范常用于体现扩频时钟的稳定性，因为周期抖动对频率扩展特性更加敏感，而相邻周期抖动则不然。相邻周期抖动有时也表达为以 ps 为单位的 RMS 值。

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更多关于相邻周期抖动的测量方法，请点击文末的“阅读原文”，查看全部内容！

3、长期抖动

长期抖动测量的是在多个连续周期后时钟信号边沿与理想位置的变化。在实际测量中使用的周期数量取决于不同的应用。长期抖动与周期抖动和相邻周期抖动不同，因为其代表的是抖动在长时间间隔期间连续时钟周期流上的抖动累积效应。因此，长期抖动有时也被称为累积抖动。长期抖动通常对图形/视频显示以及测距器等长范围遥测应用非常实用。

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4、相位抖动

一般将相位噪声描述为某一给定频率偏移处的dBc/Hz 值，也称噪声频谱密度值（例如：在 20KHz时为 -60 dBc/Hz，在 10MHz 时为 -95dBc/Hz），或是一段频率偏移范围内的连续曲线图。相位抖动是一定频率偏移范围内相位噪声的积分，以秒为单位表达。

在方波中，大部分能量均位于载波频率上。但是，部分信号能量会“泄漏到”位于载波两侧附近的频率上。相位抖动指的是相对于载波 (fc)的两个偏移频率之间包含的相位噪声能量总量。图 6是未经滤波或带宽限制的相位噪声图，阴影部分代表偏移频率 f1 和 f2 之间的相位抖动。