影響抖動測試結果和精度的因素及實時示波器新應用

抖動測量與分析在串行數據電路設計和測試中至關重要，精確測量是工程師關注的焦點。影響抖動測試結果和精度的因素眾多，既涉及操作設置，也關乎儀器指標。

操作設置對抖動測試的影響

示波器測量設置

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，實時示波器可能無法正確進行時鐘恢復；存儲深度過長，運算速度會變慢。部分標準推薦特定數據量捕獲波形分析，如USB3.x和PCIE3.0推薦1M UI，PCIE4.0改為2M UI，一般性串行數據抖動分析應達100K UI量級以上。進行SSC測量時，若手動分析，需根據測量周期數和采樣率計算采樣深度。

閾值和遲滯設置：通常設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確閾值。準確遲滯設置可避免示波器將信號邊沿不連續誤判為ISI抖動。

時鐘恢復算法：遵循被測信號規范設置時鐘恢復算法，是實時示波器抖動分析和分解的基礎。

其他設置：如ISI濾波器大小、Rj帶寬等也會影響抖動分解。不熟悉抖動測試時，可使用示波器上的抖動測試向導自動設置信號參數，還可安裝Keysight實時示波器離線軟件深入了解。

儀器指標對抖動測試的影響

測量系統帶寬

測量系統帶寬包括示波器、探頭、電纜及夾具等連接部件。帶寬不符合標準要求，低于規范會帶來額外ISI抖動。雖去嵌技術可部分解決，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。

實時示波器采樣率

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

儀器本底噪聲和固有抖動

Keysight公司產品噪聲本底和固有抖動更低，測量精度更高。實時示波器采用頻譜法進行抖動分析時，會將寬頻本底噪聲帶入RJ分析結果，增加誤差。儀器固有抖動也是誤差來源，且噪聲本底與信號跳變斜率相關。Keysight公司在EZJIT Plus/Complete軟件里提供去除示波器本身隨機抖動和噪聲的選項，提高測量精度。

波形捕獲時長

捕獲足夠時長波形用于數據分析很關鍵，可捕獲更多時鐘周期或數據UI，進行更準確抖動分析，還能捕獲更低頻抖動。選擇示波器時，推薦具有更長存儲深度配置的產品。

實時示波器在相噪測試領域的應用

相噪測試需求背景

隨著數據速率提高、裕量下降，僅從時域測量抖動已難以滿足需求。同時，實時示波器ADC位數從8bit向10bit升級，無雜散動態范圍等指標提高，如Keysight公司的S和UXR系列實時示波器實現了硬件10bit ADC全天候覆蓋，SFDR指標優異，使其開始進入頻域指標測量領域，如相位噪聲測試。

相噪測試優勢

節約投資：對于數字領域公司和工程師，無需專門投資相位噪聲測量儀器，利用現有實時示波器即可。

支持廣泛信號類型：可測量方波時鐘信號、帶SSC時鐘信號，尤其是SSC擴頻時鐘在高速串行數據標準中常見。

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

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通道輸入差分運算，無需額外Balun附件。

數據存儲能力強：可保存波形用于傳統數字分析工具。

Keysight公司解決方案

Keysight公司在2018年推出基于Infinium系列實時示波器的D9010/D9020JITA抖動/噪聲/相噪分析軟件，除包含EZJIT Complete功能外，還提供強大相噪測試功能，如繪制單邊帶相位噪聲、降低寬帶測量噪聲、測量差分時鐘相位噪聲等。相噪測試時可進行2 - 通道互相關降低儀器本底噪聲，通過功分將時鐘信號分成兩個信號輸入示波器兩個通道，執行雙通道互相關技術，減少內部噪聲。

本文回顧了抖動測試和分析的源起、基本方法、近年演進及對相位噪聲和抖動測試需求的挑戰，介紹了Keysight公司基于實時示波器的應對方案和探索。