时钟抖动是数字系统中的关键参数，直接影响到系统的稳定性和数据传输的准确性。本文由德州仪器的专家John Johnson撰写，旨在深入解析随机抖动和相位噪声的概念，以及它们在实际应用中的表现和影响。
我们来看时钟抖动。时钟抖动可以分为两大类：随机抖动（Random Jitter）和确定性抖动（Deterministic Jitter）。随机抖动是由随机过程引起的，如热噪声或电子设备内部的噪声，导致时钟信号边缘位置的随机变化。而相位噪声则是频率稳定度的度量，反映了信号在短时间内的频率波动。图1展示了一个通用公式，该公式同时包含了相位噪声项"φ(t)"和幅度噪声项"λ(t)"，揭示了这两种不同类型的抖动如何共同影响信号质量。
在图1中，边沿速率的变化对时钟抖动的影响尤为明显。更快的边沿速率意味着信号变化更迅速，这通常会降低时钟信号上的时钟抖动。然而，这也可能导致噪声的增加，因为更高的边沿速率可能放大系统内的噪声源。
时钟性能的测量是评估系统性能的关键步骤。图2展示了一个随机抖动测量实验，通过对比不同的测试条件，例如使用示波器和网络分析仪（PNA），来研究测量结果的差异。实验结果列于表1，显示出不同的测量工具和方法对随机抖动的量化有着显著的影响。
特别指出的是，逻辑分析器（LA）的使用在示波器和PNA上的结果存在差异。PNA的结果符合预期，即LA的引入增加了噪声，但同时也改善了来自示波器的测量结果。这是因为LA可以减少噪声源，特别是来自示波器前端的噪声，如时基抖动和电压噪声。
公式1是描述示波器测量抖动噪声底限的一个重要表达式，它涵盖了示波器时基的抖动、前端的电压噪声以及被测信号的上升时间（或压摆率）。理解这个公式对于正确评估和优化时钟系统的性能至关重要。
文章揭示了时钟抖动和相位噪声的复杂性，以及在实际测量中面临的挑战。在设计高速数字系统时，必须充分考虑这些因素，以确保系统的稳定性和可靠性。通过对抖动传递特性的深入理解，工程师可以更好地选择合适的测量工具和方法，从而准确评估时钟性能，并优化系统设计。
