相位噪声抖动的概念及其估算方法

相位噪声抖动的概念及其估算方法 相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号的持续时间应该恰好是 1 微秒，每 500ns 有一个跳变沿。但不幸的是，这种信号并不存在。信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。 抖动是一个时域概念，描述了信号时域变化的测量结果。抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。造成确定性抖动的来源主要有 4 种：相邻信号走线之间的串扰、敏感信号通路上的 EMI 辐射、多层基底中电源层的噪声、多个门电路同时转换为同一种逻辑状态。 随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。另外，半导体加工工艺的变化，例如掺杂密度不均，也可能造成抖动。随机抖动最基本的一个特性就是随机性，因此我们可以用高斯统计分布来描述其特性。 在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字 I/O 接口的最大速率，不仅如此，它还会增大通信链路的误码率，甚至限制 A/D 转换器的动态范围。在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。本文向数字设计师们介绍了相位噪声和抖动的基本概念，分析了它们对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动和噪声降至最低的常用电路技术。 相位噪声是频率域的概念，描述了信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的 dBc/Hz 值，其中，dBc 是以 dB 为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处 1Hz 带宽内的信号功率与信号的总功率比值。 从相位噪声和抖动的定义，我们可以看到它们都是对时序变化的测量结果，但它们的测量方式不同。抖动是一个时域概念，描述了信号时域变化的测量结果，而相位噪声是一个频率域的概念，描述了信号时序变化的另一种测量方式。两个概念都是在描述信号的时序变化，但它们的测量方式和单位不同。 在设计高速数字系统时，我们需要考虑相位噪声和抖动的影响，以确保系统的时序性能。我们可以通过各种电路技术来减小相位噪声和抖动，例如，使用表面安装技术、减小信号线的长度、使用屏蔽线、增加电源的滤波等。同时，我们也可以通过软件方法来减小相位噪声和抖动，例如，使用时序校正算法、相位锁定算法等。 相位噪声和抖动都是高速数字系统中的重要概念，它们对系统性能的影响不可忽视。在设计高速数字系统时，我们需要充分考虑相位噪声和抖动的影响，并采取有效的措施来减小它们的影响，以确保系统的时序性能。