高速时钟信号抖动的ADC测量技术研究

### 高速时钟信号抖动的ADC测量技术研究 #### 摘要与背景介绍 随着通信系统速率的不断提升，时钟的质量成为了影响整个系统性能的关键因素之一。特别是时钟的短期不稳定性（通常称为“抖动”）对高速电路和系统的性能产生了直接影响。在各种电子系统中，定时抖动的存在几乎不可避免，因此了解其特性变得尤为重要。明确抖动的特征有助于识别抖动的来源，从而在后续的设计过程中减少抖动的影响。 为了提高电路设计水平，对时钟抖动进行测试和评估已经成为许多工程和研究机构的重要任务。其中，利用ADC（模数转换器）来测量时钟抖动是一种被广泛研究的方法。通过分析ADC输出信号的参数，可以反推出采样时钟的抖动情况。目前已经有几种利用ADC测量时钟抖动的方法被提出，例如相干采样法（包含简单相干采样法和复杂相干采样法）和信噪比测量法等。 #### 主要研究内容 本文主要研究了基于简单相干采样法的ADC测量时钟抖动技术。具体的研究内容和成果如下： 1. **抖动的定义与分类**：首先介绍了抖动的基本概念及其分类。针对串行通信系统中的常见抖动类型，如定时抖动、周期抖动和周期间抖动进行了详细分析，并探讨了相位噪声与时钟抖动之间的关系。为了更直观地理解这些概念，作者还使用了Simulink软件搭建了一个抖动发生器，并在FPGA中实现了该模型。 2. **简单相干法原理及仿真验证**：深入研究了简单相干采样法测量时钟抖动的基本原理，并使用MATLAB进行了模拟仿真，以验证理论的有效性。通过对仿真结果的分析，进一步验证了简单相干采样法在测量时钟抖动方面的可行性。 3. **硬件平台设计与实验验证**：在设计ADC硬件测试平台时，面临的主要挑战是如何产生一个具有高精度相位调整能力的正弦信号以及如何实现信号的相干性。为此，文章提出了两种方案来产生正弦信号：一种是利用谐振电路产生的正弦波；另一种则是采用DDS（直接数字频率合成）技术产生相位可调的正弦波。这两种方法均在Modelsim中进行了仿真验证。此外，为了验证ADC的测量结果，还在FPGA上构建了一个抖动发生器，并使用上述两种硬件平台对产生的抖动进行了实际采集。通过对实验数据的MATLAB分析，对比了两种方案的性能差异。 #### 关键词解析 - **周期抖动**：指信号周期之间的不规则变化。 - **随机抖动**：由于噪声引起的不可预测的时钟抖动。 - **累积抖动**：随时间积累的总抖动量。 - **ADC（模数转换器）**：将模拟信号转换为数字信号的电子器件。 - **简单相干采样法**：一种通过分析ADC输出信号来测量时钟抖动的方法。 本文通过理论分析与实验验证相结合的方式，深入研究了基于简单相干采样法的ADC测量时钟抖动技术，为解决高速时钟信号中的抖动问题提供了有效的解决方案和技术支持。