【经验】实时示波器的经典抖动分析（下）

接上篇“【经验】实时示波器的经典抖动分析（上）”，本文主要包括如下主题：

03. 抖动测试的演进和新挑战（下）

04. 影响抖动测试结果和精度的因素

05. 从抖动测试到相噪测试——实时示波器的新战场

03. 抖动测试的演进和新挑战(下)

上篇提到，数据中存在XTALK引起ABUJ抖动时频谱法分析RJ产生误差。那么KEYSIGHT EZJIT Plus如何解决这一新的问题和挑战呢？

在EZJIT Plus软件里增加了Tail Fit方法进行RJ提取，如下图所示:

这一方法指的就是在实时示波器的抖动分析软件里采用双狄拉克模型法进行RJ提取:

在以往未使用高斯拟合的原因是由于总直方图中的点稀缺，曲线拟合的点数仍然很少，它会给你带来不稳定的结果。下图显示了针对一个数据信号存在和不存在串扰情况下分别采用频谱法和高斯尾部拟合法对比的结果。

除了采用高斯尾部拟合法外，为了获得更高精度的测量，还可以先关闭相邻通道的串扰源，进行一次抖动测量并记录RJrms结果，打开串扰源，在下图中指定RJrms，然后再进行抖动测量，ABUJ就被归入有界抖动，不会被归入RJ成分并可准确得到，而TJ也可准确得到

近10年左右，除了在信号水平方向进行更加深入的抖动分析外，在信号的垂直方向进行噪声和干扰分析也慢慢开始兴起，但相比水平方向的抖动对眼图关闭和系统BER影响的理论比较成熟，业界在垂直方向噪声和干扰对垂直方向眼图闭合分析的理论依然在发展中。

抖动测量和分析的理论将一直随着被研究的信号标准的发展而发展，因此其步伐也不会停止，因此本文所列演进和挑战也只能是略举一二例罢了。

04.影响抖动测试结果和精度的因素

如果想获得准确TIE测量结果，还有一个必须强调的是准确的遵循被测信号规范设置的时钟恢复算法，这是实时示波器进行抖动分析和分解的重要基础。相关信息请阅读各标准规范。

其它还包括在上期提到的关于EZJIT Plus如何进行抖动分解的一些设置，比如ISI滤波器的大小(Filter Size)，Rj带宽等等。

总之，如果要进行一次准确的抖动分析和测量，涉及的知识非常广泛的，操作也略显繁琐。因此在对抖动测试不甚熟悉的情况下建议使用示波器上的抖动测试向导(Setup Wizard)，抖动向导会对信号进行自动设置，包括信号刻度及阈值和迟滞等。建议安装Keysight实时示波器离线软件D9010BSEO进一步深入了解。

除了操作层面外，仪器的哪些指标对抖动测量的结果和精度会有比较大的影响呢？或者如何选择一个恰当的示波器完成预设的目标或工作呢？

首先是测量系统的恰当带宽。

测量系统带宽包括示波器和探头与电缆及夹具等连接部件等，如果不符合标准和规范要求，低于规范要求带宽则会带来信号输入链路额外的ISI抖动。

在今天已经普遍应用的针对电缆夹具和探头的去嵌技术如N2809A—Precision Probe和包含InfiniiSim的D9020ASIA分析套件也可以部分解决这些效应，当然也会带来额外的副作用即同步放大了仪器的本底噪声，必然带来额外误差。过高带宽也是不推荐的，因为会引入更多的高频带噪声。

其次实时示波器的采样率也会有影响。

通常更高采样率会有更高精度。显而易见，更高采样率会有更高的分辨率和边沿解析度，对最终的抖动分析结果会有影响。

下图是源自第三方的Jitter Labs针对PCIE Gen4 /Gen5时钟测量结果对比，可以看到Keysight 90000A和90000X(当前替代型号是V系列)与T公司及L公司另两款产品测试结果对比。

红色为20/25GSa/s，蓝色为40G/50GSa/s，绿色为80/100GSa/s，Post-Channel和Pre-Channel指对PCIE Gen4/Gen5时钟测试的不同测试点位置。很明显在同型号产品上更高采样率得到的结果更好。K公司产品对比T/L产品相对结果明显更优，这又是什么原因呢?

第三，仪器的本底噪声和固有抖动。

从公式中还可以看出噪声本底和信号本身的跳变斜率(Slew Rate)相关。在今天越来越低的信号幅度，越来越快的边沿，越来越低的裕量测试场景下，典型如PCIExpress规范里对CC CLK的CC Jitter描述，在32GT/s，CC Jitter Limits达0.15ps RMS，对实时示波器的测量精度提出了更高要求:

为了满足这些标准和规范的最新要求，业界除了在算法上做出一些改进和提高外，Keysight公司在EZJIT Plus/Complete软件里提供了去除示波器本身的随机抖动和噪声的选项，从而去除测量误差提高测量精度。

另外捕获足够时长的波形用于数据分析也是抖动测试中的一个关键。

因为足够的波形数据和捕获时长除了可以捕获更多的时钟周期或数据UI进行更准确的抖动分析外也意味着可以捕获更低频的抖动因为捕获的整个波形周期更长，这也是示波器长存储的重要价值之一。

因此在选择和购买示波器的时候，推荐选择具有更长存储深度配置的产品。

以上谈到了实时示波器的4个影响抖动测量精度的主要因素或指标，虽然抖动软件的分析算法一直与时代同步进行提高和改进，但是在实际工作中尽量选择更高精度的设备依然是获得高精度的测量结果的最有力保障。

05.从抖动测试到相噪测试——实时示波器的新战场

实时示波器因为其高采样率下长存储和重复单次采样能力在抖动分析应用领域成为主力设备。随着数据速率的持续提高，裕量的下降，比如前面提到的PCIE5.0规范中关于CC Jitter 的要求，仅从时域角度进行测量已经显得捉衿见肘。

虽然有许多技术术语可以量化相位噪声，但最常采用的指标之一是“单边带（SSB）相位噪声”，L(f)。在数学上，美国国家标准与技术研究院（NIST）将L(f)定义为从载波的偏移频率处的功率密度与载波信号的总功率之比，单位为dBc/Hz:

基于频域相噪的测量结果可以再转化为时域的相位抖动，这就是数字和时域研究人员感兴趣的结果。如下图示，相位抖动可以对阴影频带范围内相噪进行积分得到。

对于传统的数字领域的公司和工程师而言，如果为了测试相位噪声而专门进行相位噪声测量仪器的投资，很明显其性价比是不高的。因此发掘现有设备的潜能让其发挥更大作用，也是一个不错的选择，而普遍存在的实时示波器当然是最佳的选择。

基于相噪测量结果，然后在测量菜单下选择FFT →Phase Jitter项目，参照下图，选择感兴趣的频带，就可以得到Phase Jitter测量结果，如下图示：

为了获得更精确的测量结果，相噪测试时还可以进行2-通道互相关降低仪器本底噪声。时钟信号通过功分分成两个信号输入到示波器的两个通道，可以执行双通道互相关技术。

相噪测试为实时示波器进入频域测量打开了另一扇窗户，尤其是针对数字和时域信号日益增长的频域测试需求。

结语

本文就20多年来抖动测试和分析的相关源起和基本方法，近年的演进，以及最新的对相位噪声和抖动测试需求的挑战，并就Keysight公司基于实时示波器的应对方案和一些有意义的探索做了一个全面的回顾总结和新方法的介绍。