影响抖动测试结果和精度的因素及实时示波器新应用

抖动测量与分析在串行数据电路设计和测试中至关重要，精确测量是工程师关注的焦点。影响抖动测试结果和精度的因素众多，既涉及操作设置，也关乎仪器指标。

操作设置对抖动测试的影响

示波器测量设置

垂直刻度：信号在垂直刻度方向占满7格左右，可充分利用垂直显示精度。

水平方向：要有足够采样率和存储深度。存储深度不足，实时示波器可能无法正确进行时钟恢复；存储深度过长，运算速度会变慢。部分标准推荐特定数据量捕获波形分析，如USB3.x和PCIE3.0推荐1M UI，PCIE4.0改为2M UI，一般性串行数据抖动分析应达100K UI量级以上。进行SSC测量时，若手动分析，需根据测量周期数和采样率计算采样深度。

阈值和迟滞设置：通常设信号幅度一半为阈值，差分总线为0V，有共模偏置的信号需先测量信号幅度和共模电压以选取准确阈值。准确迟滞设置可避免示波器将信号边沿不连续误判为ISI抖动。

时钟恢复算法：遵循被测信号规范设置时钟恢复算法，是实时示波器抖动分析和分解的基础。

其他设置：如ISI滤波器大小、Rj带宽等也会影响抖动分解。不熟悉抖动测试时，可使用示波器上的抖动测试向导自动设置信号参数，还可安装Keysight实时示波器离线软件深入了解。

仪器指标对抖动测试的影响

测量系统带宽

测量系统带宽包括示波器、探头、电缆及夹具等连接部件。带宽不符合标准要求，低于规范会带来额外ISI抖动。虽去嵌技术可部分解决，但会放大仪器本底噪声，带来额外误差；过高带宽会引入更多高频带噪声。

实时示波器采样率

更高采样率有更高分辨率和边沿解析度，能提高抖动分析精度。第三方Jitter Labs针对PCIE Gen4/Gen5时钟测量结果显示，同型号产品更高采样率测试结果更好；相同级别采样率下，Keysight公司产品相对更优。

仪器本底噪声和固有抖动

Keysight公司产品噪声本底和固有抖动更低，测量精度更高。实时示波器采用频谱法进行抖动分析时，会将宽频本底噪声带入RJ分析结果，增加误差。仪器固有抖动也是误差来源，且噪声本底与信号跳变斜率相关。Keysight公司在EZJIT Plus/Complete软件里提供去除示波器本身随机抖动和噪声的选项，提高测量精度。

波形捕获时长

捕获足够时长波形用于数据分析很关键，可捕获更多时钟周期或数据UI，进行更准确抖动分析，还能捕获更低频抖动。选择示波器时，推荐具有更长存储深度配置的产品。

实时示波器在相噪测试领域的应用

相噪测试需求背景

随着数据速率提高、裕量下降，仅从时域测量抖动已难以满足需求。同时，实时示波器ADC位数从8bit向10bit升级，无杂散动态范围等指标提高，如Keysight公司的S和UXR系列实时示波器实现了硬件10bit ADC全天候覆盖，SFDR指标优异，使其开始进入频域指标测量领域，如相位噪声测试。

相噪测试优势

节约投资：对于数字领域公司和工程师，无需专门投资相位噪声测量仪器，利用现有实时示波器即可。

支持广泛信号类型：可测量方波时钟信号、带SSC时钟信号，尤其是SSC扩频时钟在高速串行数据标准中常见。

测量频率范围广：可测量100MHz以上的时钟频率偏移，而频域仪器一般限定在100MHz范围内。

连接方式简便：针对差分信号，示波器可采用高阻探头直接探测或两个通道输入差分运算，无需额外Balun附件。

数据存储能力强：可保存波形用于传统数字分析工具。

Keysight公司解决方案

Keysight公司在2018年推出基于Infinium系列实时示波器的D9010/D9020JITA抖动/噪声/相噪分析软件，除包含EZJIT Complete功能外，还提供强大相噪测试功能，如绘制单边带相位噪声、降低宽带测量噪声、测量差分时钟相位噪声等。相噪测试时可进行2 - 通道互相关降低仪器本底噪声，通过功分将时钟信号分成两个信号输入示波器两个通道，执行双通道互相关技术，减少内部噪声。

本文回顾了抖动测试和分析的源起、基本方法、近年演进及对相位噪声和抖动测试需求的挑战，介绍了Keysight公司基于实时示波器的应对方案和探索。