實時示波器抖動測量執(zhí)行步驟

實時示波器必須進行正確的配置以實現(xiàn)精確的抖動測量。在這里介紹一種可以應(yīng)用于任何品牌實時示波器的分步流程，手動設(shè)置你的儀器來測量所有類型的抖動。雖然你可以向儀器制造商購買專門的抖動分析軟件，以使用一個按鈕或向?qū)ь愋偷姆椒ㄗ詣优渲媚愕膬x器，但軟件并不總是產(chǎn)生最佳配置。因此，自動配置的設(shè)置也應(yīng)使用相同的下述流程進行驗證。要正確配置您的儀器，按順序執(zhí)行下列步驟：

一、初始化儀器

打開示波器電源并恢復(fù)出廠默認設(shè)置。然后調(diào)整以下測量項目，并保存配置以便將來可以方便調(diào)用。

將示波器模式設(shè)置為"real time"

Input termination設(shè)置為50歐姆

關(guān)閉波形平均

刪除第一個采樣點和觸發(fā)事件之間的所有延遲。減少了時基不穩(wěn)定性帶來的誤差

配置測量設(shè)置來分析所采集的所有數(shù)據(jù)，而不是數(shù)據(jù)子集

選擇一個相對較大的記錄長度（內(nèi)存深度），這樣就可以測量大量的抖動數(shù)據(jù)，下面將對此進行優(yōu)化

選擇最高采樣速率，下面將對此進行優(yōu)化

選擇有效的最高示波器帶寬，下面將對此進行優(yōu)化

二、優(yōu)化垂直分辨率

高速示波器通常采用具有8位（256級）量化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。由ADC報告的電壓等于真實信號電壓加上量化誤差。這個誤差本質(zhì)上是舍入誤差，所以為了最小化它，我們只需要減少每個量化電平捕獲的電壓范圍。我們通過降低垂直分辨率，或者降低每個分區(qū)的電壓來設(shè)置。目標(biāo)是使用ADC的全部范圍。對于大多數(shù)示波器來說，這意味著調(diào)整信號的波形，直到它只填充顯示屏的垂直高度。然而，一些示波器被設(shè)計為略微溢出顯示屏（與你的儀器制造商聯(lián)系以了解更多）。只要確保不飽和ADC，因為這將破壞波形的完整性。

圖1顯示了抖動測量的優(yōu)化案例，通過對36 MHz時鐘信號簡單地降低垂直分辨率從(a)100 mV/div到(b)54 mV/div來實現(xiàn)，以秒為單位的峰峰（PP）和均方根（RMS）進行報告的3種類型抖動：時間間隔誤差（TIE）、周期抖動和相鄰周期（C2C）抖動。作為參考，圖1(a)顯示了自動縮放信號，順便說一下，它不應(yīng)被用來測量抖動。

理論上，采樣率必須至少是信號中存在的最高模擬頻率的兩倍，以避免混疊。在實踐中，采集過程需要示波器以此頻率的2.5到3倍進行采樣。一個保守的經(jīng)驗法則是設(shè)置采樣率，以便每個邊緣被采樣至少5次。在計算抖動時，越多采樣總是減少插值誤差的良方。更高采樣率的缺點是抖動測量的較小數(shù)量（除非存儲器深度可以增加）。如果使用示波器提供的最高采樣率不能對邊緣至少采樣5次，則可以以犧牲處理時間為代價，啟用SINC插值來提供附加數(shù)據(jù)點。

四、優(yōu)化示波器帶寬

如果示波器帶寬設(shè)置得太低，信號的邊緣率將變慢，導(dǎo)致幅度噪聲更有效地通過調(diào)幅（AM）到相位調(diào)制（PM）的變化而轉(zhuǎn)換成計時噪聲。如果示波器帶寬設(shè)置得太高，額外的儀器熱和散粒噪聲將不必要地增加儀器的抖動噪聲底部，這會引入測量誤差。

測量NRZ數(shù)據(jù)的一個經(jīng)驗法則是將示波器的帶寬（加上探針，如果使用的話）設(shè)置為比特率的至少1.8倍，更優(yōu)選地是2.8倍。當(dāng)測量具有模擬輸出電壓電平的時鐘信號時，設(shè)置帶寬以至少捕獲第五諧波。具有數(shù)字電平的時鐘信號在高次諧波中具有顯著的頻譜能量，建議帶寬為基頻的20倍。

通過測量在最高帶寬上的上升時間，然后降低帶寬，直到上升時間從其最高帶寬值時變化超過5%，就可以在幾秒鐘內(nèi)設(shè)置最佳帶寬。圖2展示了具有12GHz最大模擬帶寬的示波器的實驗。y軸是歸一化到12GHz的值并以百分比表示的上升（和下降）時間。觀察到的最佳帶寬為1GHz。使用更高的帶寬將提高儀器的抖動噪聲底部；使用較低的帶寬會使測量的邊緣慢下來，并增加AM到PM轉(zhuǎn)換帶來的抖動。圖1（c）顯示了如何通過將采集帶寬從12 GHz減少到1 GHz來改善抖動值，從而帶來更低的儀器噪聲基底。

五、閾值電壓優(yōu)化

閾值電壓是示波器用來確定在何處測量抖動的垂直電平。理想情況下，該電平被設(shè)置為模擬終端應(yīng)用中接收機電路所使用的電平。閾值電壓是當(dāng)輸入信號超越該電平值時，導(dǎo)致接收機中的判決閾值電路改變狀態(tài)的電壓電平。例如，差分信號的閾值電壓為0 V。示波器使用該閾值兩側(cè)的最接近的采樣點來在閾值電壓處插入交叉點，然后使用其來測量抖動。

將閾值電壓設(shè)置為絕對電壓，而不是作為電壓擺幅的百分比。圖3說明了原因。如果波形(a)是幅度調(diào)制，(b)不在邏輯高（或邏輯低）下降，或者(c)包含振鈴效應(yīng)或其他，振幅擺動的50%電平（圖3中的紅色標(biāo)記）可以變化或偏離參考接收器電平（圖3中的灰色線）。

還需要設(shè)置滯后電壓（有時指定為上、下電壓閾值）以防止檢測假邊緣，如果信號中的噪聲使閾值電壓在每個邊緣多次交叉，則可能發(fā)生假邊緣。設(shè)置滯后電壓略大于信號中預(yù)期的最大電壓尖峰。你可以用示波器測量來估計這個電壓。簡單地按照本文中的所有步驟來設(shè)置示波器，然后關(guān)閉DUT的電源或者從示波器上斷開DUT。捕獲波形，然后測量整個波形上的最大峰峰電壓。在這個值上加上一點余量，并用它來計算一個你可以設(shè)置到示波器的遲滯值。通常默認的滯后設(shè)置是足夠的，除非信號非常嘈雜。

六、選擇要測量的抖動類型

設(shè)置抖動的類型來測量（TIE，周期抖動，C2C抖動等），以及感興趣的邊緣（例如，僅上升沿，僅下降沿，或所有邊緣）。

七、選擇抖動濾波器

你可以選擇將軟件過濾器應(yīng)用到測量的抖動值，以模擬系統(tǒng)對通過它的信號的響應(yīng)。濾波器的目標(biāo)是只提取實際系統(tǒng)觀察到的抖動。例如，TIE總是按高速串行標(biāo)準(zhǔn)要求進行過濾。當(dāng)適用時，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或系統(tǒng)要求設(shè)置濾波器特性。https://www.gooxian.com/newsinfo/1504.html

八、優(yōu)化內(nèi)存深度

需要注意的是，示波器本身充當(dāng)矩形帶通抖動濾波器。上（低通）角頻率由示波器帶寬設(shè)置。下（高通）角頻率等于1除以采集時間。換言之，下角頻率等于采樣率除以記錄長度，其中記錄長度是所采集樣本的數(shù)量。

較低的角頻率值得特別注意，因為它可以極大地影響測量到的抖動值。假設(shè)我們獲得一個無抖動信號，如圖4底部的藍色曲線所示。讓我們把相位調(diào)制（即抖動）加到這個信號上。如果由示波器采集的所有數(shù)據(jù)在相對時間的10個單位內(nèi)顯示（如圖4底部所示），那么在該時間幀中完全適合的最低相位調(diào)制頻率?‰n為1除以10個單位相對時間。圖4中的紅色曲線顯示了該噪聲頻率（頂部）及其對信號的影響（底部）。當(dāng)噪聲幅度為正時，相位調(diào)制信號（紅色波形）導(dǎo)致未調(diào)制信號（藍色波形），當(dāng)噪聲幅度為負時，它滯后。

如果我們將采集窗口分成一半，只獲取最多5單位相對時間的數(shù)據(jù)，那么我們只觀察到我們獲得的信號的相位調(diào)制影響的一半。重點是，增加我們觀察信號的時間長度，使我們的測量能夠觀察到較低的頻率噪聲，這可以增加當(dāng)噪聲存在時我們測量的抖動。

圖4 向無抖動信號（底部藍色曲線）添加相位調(diào)制（頂部曲線）產(chǎn)生抖動信號（底部紅色曲線）。為了觀察抖動信號上的一個完整調(diào)制周期，示波器的存儲深度需要足夠大，在這個例子中需要能夠捕獲10個單位相對時間。如果波形是用5單位相對時間獲得的，那么只觀察到抖動信號中一半的調(diào)制。

繼續(xù)較早的測量，圖1(d)顯示信號或測試環(huán)境中存在較低頻率噪聲時，增加記錄長度（即存儲器深度）是如何能增加測量的TIE值。注意，周期和C2C抖動隨著存儲器深度變化保持不變。這是因為TIE抖動的定義能夠檢測低頻噪聲，而周期和C2C抖動的定義基本上濾除了這種低頻噪聲。另一個考慮是，較長的數(shù)據(jù)采集增加了抖動數(shù)據(jù)的數(shù)量，這可以統(tǒng)計地導(dǎo)致更高的峰峰值（即使我們在圖1的數(shù)據(jù)中沒有觀察到這一點）。

對于TIE，所需的最小內(nèi)存深度是捕獲你的應(yīng)用感興趣的最低噪聲頻率所需的深度。例如，如果你正在使用的標(biāo)準(zhǔn)需要在10 kHz和20 MHz之間分析TIE頻率，并且你的示波器需要40GSps來捕獲每個邊緣至少5個樣本，那么最小所需的存儲器深度是40 GSPs×10 kHz＝4 Mpts of data。 對于周期或C2C抖動，從一個小的內(nèi)存深度開始，然后增加它，直到你看到抖動值保持不變。若要增加一點余量，使用略高于此值的最小內(nèi)存深度。對于N周期抖動，所需的最小存儲器深度是捕獲N個連續(xù)循環(huán)所需的深度。

不管所測量的抖動類型如何，使用最小所需的內(nèi)存深度不會產(chǎn)生足夠大的數(shù)量來量化抖動。確切的數(shù)量取決于應(yīng)用，但1E + 4測量是時鐘抖動的良好開端（數(shù)據(jù)信號抖動測量需要更多的量；參考你的高速數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文檔）。為了增加抖動測量的數(shù)量，增加比所需最小值高得多的存儲器深度，或者使測量統(tǒng)計量在多個數(shù)據(jù)采集上累積，或者兩者兼而有之。