相位噪声与抖动概念附其估算方法

1 / 4 相位噪声和抖动的概念及其估算方法时钟频率的不断提高使相位噪声 和 抖动 在系统时序上占据日益重要的位置。本文介其概念及其对系统性能的影响，并在电路板级、芯片级和单元模块级分别提供了减小相位噪声和抖动的有效方法。随着通信系统中的时钟速度迈入GHz 级，相位噪声和抖动这两个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字芯片和电路板的性能中占据日益重要的位置。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。什么是相位噪声和抖动？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(以 1 MHz 为例 )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。如图1 所示，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抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。通常，10 MHz 以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。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：1. 相邻信号走线之间的串扰：当一根导线的自感增大后，会将其相邻信号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小，从而造成抖动。2. 敏感信号通路上的EMI 辐射：电源、AC 电源线和RF 信号源都属于EMI 源。与串扰类似，当附近存在EMI 辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。3. 多层基底中电源层的噪声：这种噪声可能改变逻辑门的阈值电压，或者改变阈值电压的参考地电平，从而改变开关门电路所需的电压值。4. 多个门电路同时转换为同一种逻辑状态：这种情况可能导致电源层和地层上感应到尖峰电流，从而可能使阈值电压发生变化。2 / 4 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...