每隔幾年
，幾乎所有市場上廣泛普及的高頻串行通信標準（PCI-Express、USB、以太網、同步光網絡（SONET）、串行ATA（SATA）

、Infiniband等）都(dou)會(hui)被(bei)修(xiu)訂(ding)
，以(yi)更(geng)好(hao)應(ying)對(dui)如(ru)今(jin)數(shu)據(ju)饑(ji)渴(ke)型(xing)社(she)會(hui)的(de)更(geng)高(gao)期(qi)望(wang)。隨(sui)著(zhe)這(zhe)些(xie)標(biao)準(zhun)新(xin)版(ban)本(ben)的(de)推(tui)出(chu)

，市(shi)場(chang)對(dui)支(zhi)持(chi)它(ta)們(men)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)的(de)需(xu)求(qiu)也(ye)加(jia)強(qiang)了(le)。集(ji)成(cheng)在(zai)當(dang)代(dai)係(xi)統(tong)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)時(shi)鍾(zhong)產(chan)生(sheng)及(ji)分(fen)配(pei)器(qi)件(jian)使(shi)用(yong)頻(pin)域(yu)參(can)數(shu)，也(ye)就(jiu)是(shi)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)和(he)相(xiang)位(wei)抖(dou)動(dong)來(lai)描(miao)述(shu)它(ta)們(men)的(de)性(xing)能(neng)。本(ben)文(wen)探(tan)討(tao)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)圖(tu)怎(zen)樣(yang)配(pei)合(he)估(gu)計(ji)製(zhi)造(zao)商(shang)數(shu)據(ju)表(biao)上(shang)沒(mei)有(you)明(ming)確(que)提(ti)及(ji)的(de)時(shi)鍾(zhong)器(qi)件(jian)特(te)性(xing)
，使(shi)工(gong)程(cheng)師(shi)能(neng)夠(gou)更(geng)好(hao)地(di)評(ping)判(pan)針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)的(de)適(shi)合(he)情(qing)況(kuang)。

 

當應用高速串行鏈路時，可以利用周期抖動來推導相關位誤差率（BER）。時鍾器件的抖動傳遞及PLLdaikuanyeshizhongyaohengliangbiaozhun
，yinweitouguozhexiecanshuyoukenenggenghaotuiceshuruyuanhuoshurushizhonghuizenyangyingxiangqijiandeshuchu。suoyouzhexiedoujiangbangzhugongchengshixuanzefuhetamenxuqiudeqiadangshizhongqijian。raner，zhexiecanshuhenshaozhijiebiaoming
，gubixujinxingjisuan。

 

抖動傳遞

 

抖動傳遞揭示一定偏移頻率範圍內的衰減量或產生的噪聲。它由鎖相環（PLL）dehuanlulvboqixiangyinglaiqueding。xiangweizaoshengtutigongsuoyoupianyipinlvshidezaoshengmidu，yincitabaohanquedingshizhongqijiandoudongchuandisuobiyaodeshuju。xianshidoudongchuandi
、產生及衰減的最佳方式，是使用在較低偏移頻率時擁有較高底噪及在較高偏移頻率時擁有較低底噪的時鍾源。在低頻時

，PLL將高源噪聲傳遞至輸出
；而在高頻時，它將顯示固有底噪，這是PLL低通帶寬特性的緣故。

 

低帶寬PLL即使在較低偏移頻率時也能衰減抖動，PLL帶寬越低，在此等頻率時的衰減性能也會更高。然而
，低帶寬PLL存在響應時間較慢的缺點——它會花費時間來跟蹤輸入時鍾變化。大多數網絡通信鏈路在較低偏移頻率時的約束不那麼嚴格。

 

PLL帶寬

 

如果使用了恰當的參考時鍾源，除了抖動傳遞
，相位噪聲圖也能幫助確定PLL帶寬。為了充分理解PLL帶寬估計及PLL的抖動傳遞
，應當進行簡單的測量設置，使用兩個不同時鍾源來為一個高性能零延遲緩衝器（ZDB）饋送信號。

 

 

圖1：電路圖顯示了PLL帶寬及抖動傳遞測量

 

圖1顯示了介紹相位噪聲測量設置的簡單電路圖。測量是使用安捷倫5052A信號源分析儀進行的。源1（高性能時鍾產生器）和ZDB采用低噪聲電源供電。

 

 

圖2：源1及緩衝器輸出的相位噪聲圖

 

如圖2所示，源1的均方根（RMS）相位抖動為約447 fs，而緩衝器輸出為約448.8 fs。RMS抖動是在從10 kHz至20 MHz的偏移頻率範圍內測量的。在10至100 Hz的較低偏移頻率時
，緩衝器噪聲相比源而言較高

，但對大多數通信信道而言這並不構成問題，因為它被PLL輕易地跟蹤。輸出緩衝器相位噪聲圖大致匹配高達1 MHz的源相位噪聲圖。高於此頻率時，緩衝器輸出的底噪低於源底噪，如圖2中的第2號圈所示。

 

源2使用了數據模式產生器（DPG）。它擁有比源1量多高的底噪。因此，圖3所示的緩衝器輸出圖匹配較低頻率（10-100Hz）時的輸入源。緩衝器-PLL傳遞低於1 MHz的輸入噪聲；源噪聲圖中30 kHz附近的突兀變化反射在緩衝器輸出噪聲圖中，如圖3中所第1號圈所示。對於高於1 MHz的頻率而言，緩衝器底噪明顯低於源底噪
，如圖3中2號圈所示

；這表示緩衝器在此頻率範圍內充當抖動衰減器。

 

 

圖3：源2及緩衝輸出的相位噪聲圖

 

周期抖動

 

如前所述，周期抖動是用於在高速串行標準中對BER進jin行xing近jin似si估gu算suan的de一yi項xiang重zhong要yao參can數shu，但dan通tong常chang情qing況kuang下xia時shi鍾zhong器qi件jian製zhi造zao商shang僅jin提ti供gong使shi用yong低di噪zao聲sheng頻pin域yu設she備bei測ce量liang的de相xiang位wei抖dou動dong或huo相xiang位wei噪zao聲sheng數shu據ju。相xiang位wei噪zao聲sheng頻pin譜pu定ding義yi為wei基ji於yu載zai波bo功gong率lv頻pin譜pu密mi度du峰feng值zhi的de衰shuai減jian（單位為dB/Hz）。相位噪聲頻譜密度與RMS周期抖動之間的關係是：

 

 

 

為了根據相位噪聲圖估計周期抖動，偏移頻率的相位噪聲必須乘以〖4sin〗^2 （πfτ）函數。dB換算4〖sin〗^2 （πfτ）顯示它擁有-20dB/十倍頻（decade）的斜率（見圖5）。4〖sin〗^2 （πfτ）以dB為單位的值可以增加到相位噪聲圖數據中，單位為dBc。相關偏移頻率範圍內最終數據的數值積分將提供單邊頻帶的相位噪聲密度。例如，為了根據圖4中給出的相位噪聲圖來估計周期抖動
，增加以dB為單位的4 〖sin〗^2 （πfτ）函數數據到相位噪聲（PN）數據（單位為dBc/Hz）中
，如圖5所示。所獲得的藍色曲線顯示了相位噪聲頻譜密度。

 

 

圖4：帶有毛刺的時鍾產生器輸出相位噪聲圖

 

對圖5中藍色曲線以下區域進行積分將得到相位噪聲頻譜密度（單位為dB）（對應區域A）。它可以使用下列方程式換算為均方根拉動：

 

 

圖6：相位噪聲的RMS抖動換算

 

如圖6所示
，曲線下麵的區域根據曲線形狀或是使用分段線性函數
，可以劃分為幾個不同部分（A1、A2等）。由you於yu較jiao低di偏pian移yi頻pin率lv噪zao聲sheng不bu會hui大da幅fu影ying響xiang周zhou期qi抖dou動dong，故gu僅jin考kao慮lv較jiao高gao偏pian移yi頻pin率lv下xia的de曲qu線xian。為wei了le提ti高gao精jing度du，完wan整zheng曲qu線xian可ke以yi劃hua分fen為wei多duo個ge部bu分fen
，相xiang應ying各ge個ge部bu分fen對dui周zhou期qi抖dou動dong的de影ying響xiang。圖tu6中的曲線劃分為4個部分

，每個部分包含2個相關數據點（相位噪聲
、偏移頻率）。使用這些數據點，每個部分的麵積可以換算為等效的抖動（以秒為單位為表述）。

 

每個部分對RMS抖動的貢獻如圖6所示。這些RMS抖動值之和可以使用下列方程式來計算：

 

 

 

根據這個等式，可以計算出圖6中顯示的4個區域對抖動的總體貢獻之和為434 fs。此值乘以2即得到總噪聲貢獻△trmsPN）——868 fs。此外
，圖6中還有2個毛刺。由於這些毛刺在單個頻率上，可以使用下列方程式來單獨計算及增加它們對抖動的貢獻：

 

 

 

每個毛刺的dB值都可以使用方程式3換算為抖動。

 

圖6中顯示的示例在1.4 MHz和25 MHz頻率時有毛刺，分別為-111 dB和-72.6 dB。1.4 MHz毛刺的等效RMS抖動為6.3 fs，25 MHz毛刺等效RMS抖動為527 fs。較高頻率的毛刺對周期抖動的影響比較低頻率的毛刺更大。25 MHz毛刺的值要比1.4 MHz毛刺高得多。使用方程式5計算的總毛刺RMS抖動值△trms Spur）極接近於527 fs，因此
，1.4 MHz毛刺的影響可以忽略不計。高dB毛刺可能是某些應用中因抖動影響增加而易於出現的誤差。使用方程式2，可以估算出圖6中描繪圖表的總周期抖動為1.015ps。

 

總(zong)而(er)言(yan)之(zhi)，工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)指(zhi)定(ding)時(shi)鍾(zhong)器(qi)件(jian)時(shi)，諸(zhu)如(ru)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)及(ji)相(xiang)位(wei)抖(dou)動(dong)等(deng)頻(pin)域(yu)參(can)數(shu)對(dui)他(ta)們(men)極(ji)有(you)價(jia)值(zhi)。器(qi)件(jian)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)圖(tu)是(shi)這(zhe)些(xie)產(chan)品(pin)的(de)極(ji)重(zhong)要(yao)性(xing)能(neng)指(zhi)示(shi)工(gong)具(ju)。可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)圖(tu)表(biao)來(lai)近(jin)似(si)估(gu)算(suan)PLL的帶寬及抖動傳遞特性，因而幫助確定它在相關頻率範圍的特性（作為抖動衰減器或產生器）。也ye可ke以yi根gen據ju給gei定ding圖tu表biao來lai估gu算suan周zhou期qi抖dou動dong
，方fang式shi是shi考kao慮lv主zhu導dao頻pin率lv範fan圍wei內nei的de相xiang位wei噪zao聲sheng及ji關guan鍵jian頻pin率lv時shi的de毛mao刺ci。尋xun求qiu為wei下xia一yi代dai設she計ji應ying用yong指zhi定ding時shi鍾zhong器qi件jian的de工gong程cheng師shi使shi用yong這zhe些xie信xin息xi
，可ke以yi作zuo出chu具ju有you更geng高gao權quan威wei性xing的de產chan品pin造zao型xing決jue策ce。