左转弯避开还是 一头冲进湖水？理解并测量抖动
白皮书
纯净的信号非常重要。如果您正在测量的信号上存在太多抖动，接收机最终解码出来的信号将与发送的信号截然不同。想象一下，您正在驾驶自己开发的自动驾驶原型车，但该车的 GPS 系统没有经过合适的测试，更不幸的是远程传输的GPS 信号中有很多抖动。这可能导致汽车中的接收机收到的是“向左转”命令，但却误解为“向右转”。结果您发现自己没有安全地前往目的地，而是把车开进了湖里。这还不是最糟的，更糟的是您的噩梦不幸成真：设计未获批准。
如今，研发工程师不但必须在更短的时间内制作出更干净、更快速的数字设计，还要满足更广泛的验证要求。设计过程中的一个关键步骤是理解抖动、正确测量抖动、找到抖动源，进而减少引入到设计中的抖动量。抖动越小，您的设计可能就越稳健，能够进入开发周期的下一个阶段。充分理解抖动对于创造稳健的设计至关重要。让我们来看看抖动是什么，为什么要关注它，又该如何分析它。
什么是抖动？
抖动是指在边沿上发生的噪声和相位变化，它们会导致信号时序错误。举个简单的例子，考虑一个基本的数据信号（图 1 中的橙色迹线）。为了分析串行数据应用中使用的嵌入式器件，要从输入的数据流中提取出参考时钟，并与接收机的输入信号结合使用来重建数据。参考时钟在时钟恢复电路中产生，它使接收机可以在本质上“查看”理想间隔的时间点。它可以看到信道在每个点上的电压。根据从这个过程中解释出来的内容，它可以重建数据流，该数据流最终应与发射机发送的数据流完全一致。
但是，如果信号中出现了大量抖动，就会出现问题。如果接收信号中的很多比特位含有大量抖动，那么它们将无法正确地与参考时钟同步。这意味着接收机最终可能在每个时钟周期中收到错误的比特，因此会错误地解码数据。
图 1 中绿色迹线上的红色“x”游标表示信号有抖动时发生的时序误差。请注意，在某些情况下，上升沿或下降边会出现得太快或太晚。这可以在使用余辉显示模式的示波器上看到（见图 2）。如果上升沿出现得太晚，那么接收机会错误解释该比特。边沿交叉点实际发生的时间与理想情况下应发生的时间之差称为时间间隔误差（TIE）。信号中显然总会有一些抖动。事实上，大多数设计都规定了抖动容限技术指标。那么，我们现在讨论一个重要问题：如果抖动超过该技术指标会怎样？
为什么要关注抖动？
正如我们之前提到的，如果您的信号未与参考时钟同步并且抖动超出了容限值，接收机最终将错误地解释该比特。举一个简单的例子，请参见图 3 中的情况。发送的数据是二进制的 100。但是，在接收到的波形中存在一些抖动，这导致第二个比特在接收机中显示为1，而实际上发送的比特为 0。因此，接收机解码得到的结果为 110。
我们以无人机为例。假设图中顶部的串行数据包命令无人机飞回基地。然而，由于有抖动，接收机错误地解释了比特，解码得到的命令要求无人机向东飞行。您的宝贵设计最终可能会飞过窗户而不是降落在指定位置。出现这样的错误会让您的设计无法获得批准，也就无法进入开发工作的下一个阶段。无论您的设计有多好，接收到的信号中总会有一定数量的比特出错。错误比特的数量与发送比特的总数之比称为比特误码率（BER）。显然您希望这个数字尽可能低，而且一定要低于特定标准规定的目标；例如，USB 3.0 规定的比特误码率为 1E-12。要限制 BER，您必须了解导致这些误码的各种抖动。
抖动的类型和组成
为保证信号中的抖动不会达到有害水平，您必须了解各种类型的抖动及其产生的来源。注意，这里引用的模型是抖动的 Dual Dirac 模型，请记住这只是一个模型。该模型确定了两种类型的抖动：一类是确定性抖动，另一类是随机抖动，假设您可以识别确定性峰峰值抖动，并假设随机抖动与该抖动不同。对于您来说，最重要的事就是要了解这些类型的抖动。
在此模型中，信号中的总体抖动（TJ）由两大类抖动组成：
- 随机抖动（RJ）：这是一种固有抖动，很难完全消除。热噪声、散粒噪声和粉红噪声等因素都会引起固有抖动。您可以想办法减少器件中的这种抖动，但永远不可能完全根除它。
- 确定性抖动（DJ）：这是由器件的设计缺陷和物理限制引起的。这些因素包括占空比失真（DCD）、码间干扰（ISI）、正弦（或周期性）抖动（PJ）、串扰和阻抗失配等。这种抖动更容易控制和消除。
现在，您已经知道了抖动的类型及其组成，那么该如何使用示波器来分析这种抖动，并开发解决问题的方案来消除其来源？
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