測量時鐘抖動Jitter的可靠方法


時鐘抖動(Jitter)是指時鐘信號頻率或週期的變化。這兩種測量都包含相同的資訊,但週期測量是一種簡單的時間間隔測量,使用即時示波器即可輕鬆完成。 

要測量作為週期變化的時鐘抖動,我們需要測量多個週期內同一交叉閾值的每個連續上升沿之間的時間間隔。如圖 1 所示,測量絕對時鐘信號週期後,我們繪製週期與週期之間的軌跡和長條圖,以便對變化進行統計分析。 

在測量過程中,我們會進行一系列示波器採樣時鐘測試和時基調整,以檢查一致性。雖然測量抖動與其說是測量週期與週期之間時間間隔的絕對精度,不如說是測量時間間隔的相對精度,但其中最基本的部分是確保示波器時基的絕對精度。 

如果我們有了測量時鐘抖動的可靠方法,就有了測量時鐘信號對環境中可能影響週期的其他特徵的敏感性的基礎。電源軌上的電壓雜訊只是影響時鐘抖動的一種外力,我們將在應用說明 "測量時鐘抖動對電源軌雜訊的靈敏度 "中向您展示如何測量。



測試設備

本應用說明以分步教程的形式編寫,您可以在實驗室中使用自己的時鐘信號源進行操作。

除了時鐘信號源,您還需要:

- 即時示波器,能夠根據信號上升時間採樣至少 5 倍的信號頻寬
(對於具有單極頻率回應的示波器,bandwidth = 5*(0.35/T_rise)) 。

我們使用 WavePro HD 12 位、4 通道、8 GHz、20 GS/s、5 Gpts 示波器(採樣時鐘抖動為 60 fs)測量 10 至 66 MHz 的方波信號。
我們建議至少使用具有軌跡和長條圖功能的 2 通道、2 GHz、20 GS/s 示波器。

- 合成函數發生器或其他已知頻率信號源,頻率精度為百萬分之一 (PPM),頻率至少為 50 MHz。

我們使用絕對精度為 1 PPM 的合成函數發生器生成 30 MHz、5 V 的信號,並將其應用於 C1 上的示波器。

- 兩根 50 Ω 同軸電纜,用於輸入來自時鐘和函數發生器的信號,或用於時鐘線路的等效單端探頭。

我們示例中使用的時鐘源是基於 74AC14 六進制反相器的 5 級環形振盪器(5-stage ring oscillator),由 5 V 電壓軌供電。
該振盪器嵌入 PCB 中。
第 5 級輸出的邏輯態與最初的第 1 級輸入相反,從而產生振盪,振盪週期等於每級HEX反相器傳播延遲(propagation delay)的 10 倍。

5 V 的額定傳播延遲為 1.5 ns 至 10 ns,因此時鐘週期為 15 ns 至 100 ns,頻率為 66 MHz 至 10 MHz。

這種極端的變動就是我們需要對每種時鐘、抖動進行測試的重要原因。




The clock signal acquired at 20 µs/div (200 µs record length) overlaid by a zoom of the waveform at 5 ns/div.

跟蹤時鐘信號週期測量並繪製長條圖

12.創建週期測量的跟蹤函數。只需按一下測量表中的週期儲存格即可打開測量設置對話方塊 (Pn),然後按一下對話方塊中的跟蹤按鈕。
























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