LVDS抖动综述.docVIP

抖动综述 承接上文，以上文(LVDS实用技术)为基础，更换角度，看看信号在系统中的表现。写本文的目的是希望总结一些signal中常常提到的概念，并尝试结合LVDS来阐述一下信号的调理，面广而浅。 1.1前言 从图1-1可以看出，抖动同时具有确定性和随机性两种分量。确定性抖动(Deterministic Jitter,来源于系统，例如串扰、码间干扰和电源馈通[feed through])。它是有界的，因此可以用峰峰值来描述。随机抖动(Random Jitter，RJ)来源于各种物理干扰源，如热噪声、散粒噪声和光介质中的散射。描述随机抖动的经典方法是其概率度函数，其一般具有高斯分布。高斯函数的上下边界在无限远处，因此总的抖动的随机分量是无界的。 图1-1.抖动分量 随机抖动特性 为了测量这种类型的抖动，利用标准偏差和期望值来定量描述。因为RJ模型可以用高斯分布来表示，故它可用于预测峰峰值随比特误码率(BER)之间的函数变化。RJ的常见来源包括散粒噪声、闪烁噪声和热噪声。散粒噪声是一种宽带的“白”噪声，是电子和空穴在半导体中的移动所造成的。散粒噪声的幅值是平均电流的函数。闪烁噪声的谱分布则与1/f成正比。闪烁噪声的来源是一种表面效应，这种效应是氧化物界面的陷进随机地捕获和发射电子所造成的载流子密度的波动。热噪声可以由宽带的“白”噪声来代表，其具有平坦的谱密度分布。它是由“自由”电子之间的能量传递所产生的。 确定性抖动 确定性抖动的情况要复杂得多。有的属于数据信号相关性，如占空比失真(Duty Cycle Distortion，DCD)，这种抖动是在交变的数据位序列中各个逻辑状态(e.g.0,1,0,1)所分配的平均时间之间存在差异的结果。这可以是由于器件的上升和下降时间不同以及阀值的波动所造成的。 DCD和码间干扰(ISI)是数据信号的历史变化的函数，当跳变的密度发生变化时就会出现这种干扰，这是由于在比特序列(码)中的不同位置上启动的信号到达接收器阀值所需要的时间存在差异。另外，当传输介质对数据(码)的各个频谱分量的传输速率不同，也会造成ISI，例如，当抖动随边沿密度变化而变化时。 总抖动(TJ)直方图描述了TJ的概率密度函数(Probability Density Function,PDF)，于是，如果DJ和RJ过程是不相关的，则总的PDF是DJ和RJ PDF的卷积。将DJ从直方图中除去，就得到一个高斯分布。把DJ添加到直方图上，可以展宽分布，而同时能维持高斯分布的尾部不变，这实际上是将左右分布的均值分离开。两个直方图的均值之间的差别就是DJ，而尾部则代表RJ分量。因为DJ为有界的，故其数值不会随所测样品数的累积而发生变化。总的抖动中的RJ分量则随着测量的样品数的累积而不断上升，因为随机抖动是无界的。 图1-2.总的抖动直方图 占空比失真 造成占空比失真(Duty Cycle Distortion，DCD)抖动的主要原因有两个。如果发送器的数据信号输入在理论上是理想的，但发送器的阀值偏离了其理想水平，则发送器的输出将出现随数据信号的边沿切换的回转速率变化而变化的DCD。 图1-3中虚线所代表的波形示出了阀值电平被精确地设定为50%、占空比为50%时发送器的理想输出。实线则代表由于阀值电平发生正向偏移而导致的输出波形的失真。阀值电平产生正向偏移时，相应的发送器输出信号的占空比将小于50%。若阀值产生负向偏移时，那么发送器输出信号的占空比将大于50%。 图1-3.DCD抖动所造成的时序偏移 测量相对于软件生成的最佳匹配时钟信号的等效时间间隔(Time Interval Equivalent,TIE),将造成每个数据位的上升沿出现正向时序错误，并使每个数据位的下降沿出现负向的时序错误。相应的TIE趋势波形将具有等于数据率的一半的基频分量。TIE趋势波形相对于数据信号的相位将取决于阀值的偏移是正向还是负向。当系统中没有其他抖动源时，理论上DCD抖动的峰峰值在整个数据信号持续期间都将保持恒定不变。不幸的是，其他的抖动源，如几乎始终会出现的ISI，使得对DCD分量的隔离有时变得非常困难。一种检测DCD的技术是用重复的1-0-1-0…数据格式来激励系统/元器件。这一技术可消除ISI抖动，使得在趋势和频谱波形显示中对DCD的观测更为方便。使用抖动频谱显示功能，就可以让DCD抖动分量以频率等于数据率一半的频谱“尖刺”的形式显示出来。 造成DCD的另一个原因是上升沿和下降沿速度的不对称性。对于重复性的1-0-1-0…格式而言，下降沿速度低于上升沿，将造成大于50%的占空比，而上升沿速度低于下降沿速度，则会使占空比小于50%。 码间干扰 码间干扰属于数据信号相关型抖动(Data - Dependent)的一种表现形式，出现在传输介质和