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電子設(shè)計(jì)中的抖動(dòng)是什么?如何測量和減少抖動(dòng)

發(fā)布時(shí)間:2021-02-22 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】信號與時(shí)序的變化會(huì)導(dǎo)致接收信號與理想信號略有不同,這被稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)不會(huì)引起信號幅度的變化。由于抖動(dòng)引起的變化在于信號相位,寬度和周期。這是一個(gè)有害因素,可能導(dǎo)致串行鏈路的誤碼率增加。由于設(shè)計(jì)的簡化和高性能的優(yōu)勢,高性能設(shè)計(jì)中使用了高速串行總線。使用串行數(shù)據(jù)連接將數(shù)據(jù)從系統(tǒng)中的一個(gè)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪稽c(diǎn)。時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路用于將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)從發(fā)送方準(zhǔn)確地發(fā)送到接收方。
 
電子設(shè)計(jì)中的抖動(dòng)是什么?如何測量和減少抖動(dòng)
 
在接收側(cè)對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確解釋主要取決于具有時(shí)鐘沿的準(zhǔn)確信息。許多因素都會(huì)影響時(shí)鐘(時(shí)序信號),其中包括電磁干擾,振動(dòng)和溫度等。由于發(fā)送和接收設(shè)備可以位于任何地方,因此在不同位置可能存在不同的因素,這些因素會(huì)影響時(shí)鐘信號并引入抖動(dòng)。如果時(shí)鐘信號中存在抖動(dòng),則錯(cuò)誤的接收數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)會(huì)增加。這可能導(dǎo)致接收到損壞的數(shù)據(jù)文件,低質(zhì)量的音頻或視頻文件或其他數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,從而使接收到的信息無用。
 
每個(gè)應(yīng)用程序都有自己的抖動(dòng)容限。但是,一納秒的抖動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致位分辨率降低。理想情況下,模數(shù)轉(zhuǎn)換期間兩個(gè)采樣之間的時(shí)間應(yīng)該相同,但是如果存在抖動(dòng),則兩個(gè)采樣之間的時(shí)間會(huì)有所不同。抖動(dòng)有不同的類型,抖動(dòng)對信號的影響取決于抖動(dòng)的類型。
 
抖動(dòng)類型
 
隨機(jī)抖動(dòng)是不確定的,并且可以采用任何形式,這就是為什么它也被稱為高斯抖動(dòng)。它可能是由隨機(jī)源以隨機(jī)間隔引起的,因此使其具有不可預(yù)測的抖動(dòng)。隨機(jī)抖動(dòng)的主要來源是電氣組件的熱干擾。短暫的干擾和閃爍也會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)抖動(dòng)。
 
設(shè)備抖動(dòng)的原因
 
小型,緊湊的設(shè)備(所有組件都集成在單個(gè)芯片上)的高速性能需求會(huì)由于模擬干擾而影響信號完整性。PCB走線,導(dǎo)體,過孔和附近的組件都會(huì)影響信號的完整性并產(chǎn)生抖動(dòng)。在高性能,大規(guī)模集成電子產(chǎn)品中,抖動(dòng)是主要的設(shè)計(jì)考慮因素之一。抖動(dòng)主要是由互連產(chǎn)生的。
 
?絕對抖動(dòng)將時(shí)鐘信號更改為與預(yù)期信號不同的位置,可以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測量。
 
?周期抖動(dòng)是時(shí)鐘信號單個(gè)周期的變化??梢越柚?a target="_blank" style="text-decoration:none;" >示波器進(jìn)行測量。
 
?逐周期抖動(dòng)是時(shí)鐘信號在兩個(gè)相鄰周期中的變化,也可以在示波器的幫助下進(jìn)行測量。
 
如何測量和減少抖動(dòng)
 
主要測量儀器是示波器,用作測試被檢設(shè)備的參考設(shè)備。周期抖動(dòng)是通過隨機(jī)計(jì)算一個(gè)周期的時(shí)鐘持續(xù)時(shí)間(最小為1,000倍)來測量的。之后,使用記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算峰峰值,平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。使用相同的過程計(jì)算相鄰周期的抖動(dòng)。通過隨機(jī)計(jì)算兩個(gè)周期的時(shí)鐘持續(xù)時(shí)間(最小為1,000倍)來進(jìn)行測量。唯一的區(qū)別是,在周期抖動(dòng)中,一個(gè)周期用于制作1000個(gè)樣本,而在周期抖動(dòng)中,兩個(gè)周期用于制作樣本,然后計(jì)算兩個(gè)值之間的差。然后,使用記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
 
通過使用抗抖動(dòng)電路可以降低信號中的抖動(dòng)水平。許多數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)系統(tǒng)使用這些電路進(jìn)行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)。他們工作的一般原則是,他們傾向于使輸出脈沖接近理想曲線。這些電路只能使抖動(dòng)因子最小,并且不可能消除它。鎖相環(huán)就是該電路的一個(gè)例子。
 
抖動(dòng)的影響
 
時(shí)鐘信號在嵌入式系統(tǒng)中很重要。抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致這些信號延遲,從而嚴(yán)重破壞系統(tǒng)性能。需要同步的嵌入式應(yīng)用程序很敏感,并且高抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。
 
基于傳輸控制協(xié)議(TCP)的應(yīng)用程序最敏感并且受到嚴(yán)重影響。高抖動(dòng)可能導(dǎo)致基于TCP的應(yīng)用程序無法正常工作。這些應(yīng)用程序仍然可以工作,但抖動(dòng)會(huì)損害性能。
 
在實(shí)時(shí)應(yīng)用中,抖動(dòng)是不可接受的。例如,視頻會(huì)議或互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語音(VoIP)中的高抖動(dòng)將失效,因?yàn)闊o法進(jìn)行雙向通信。100 mS或更高的抖動(dòng)可能會(huì)使這些應(yīng)用失敗。
 
抖動(dòng)通常是一個(gè)有害因素,會(huì)降低系統(tǒng)性能。但是,有一個(gè)與此相關(guān)的應(yīng)用程序:自生抖動(dòng)被饋送到電子設(shè)備以分析其性能。該測試可以幫助確定設(shè)備或系統(tǒng)在不影響性能的情況下可以承受的最小可容忍抖動(dòng)。
 
 
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