DSP實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)(Jitter)測(cè)量的方法 (1)2011-05-11 23:25:03來源:互聯(lián)網(wǎng)

用DSP實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)(Jitter)測(cè)量的方法

近年來,抖動(dòng)(Jitter)已經(jīng)成為通信工程師非常重視的信號(hào)特征。在數(shù)字系統(tǒng)中,時(shí)鐘頻率正在變得越來越高。隨著速率的升組,在上升沿或是下降沿哪性是微小的變化也變得越來越重要。因?yàn)闀r(shí)鐘或數(shù)據(jù)的抖動(dòng)會(huì)影響到數(shù)據(jù)的完整性、建立時(shí)間和保持時(shí)間。并且在考慮信號(hào)速率與傳輸距離之間的折中時(shí),抖動(dòng)也成為必須考慮的因素。

抖動(dòng)會(huì)使數(shù)字電路的傳輸性能惡化,由于信號(hào)上升沿或是下降沿在時(shí)間軸上的正確位置被取代,在數(shù)據(jù)再生的時(shí)候,數(shù)據(jù)比特流中就會(huì)引入錯(cuò)誤。在合并了緩沖存儲(chǔ)器和相位比較器的數(shù)字儀表中,由于數(shù)據(jù)溢出或是損耗,錯(cuò)誤就會(huì)引入到數(shù)字信號(hào)中。此外,在數(shù)模變換電路中,時(shí)鐘信號(hào)的相位調(diào)制會(huì)使恢復(fù)出的采樣信號(hào)惡化,這在傳輸編碼的寬帶信號(hào)時(shí)會(huì)造成問題。

抖動(dòng)分為系統(tǒng)抖動(dòng)和隨機(jī)抖動(dòng)。

(1)系統(tǒng)抖動(dòng)是在信號(hào)再生電路時(shí)間上不準(zhǔn),或是碼是串?dāng)_,或是在幅頻轉(zhuǎn)換中的不準(zhǔn)確的電纜均衡造成的。系統(tǒng)抖動(dòng)取決于系統(tǒng)的性能。

(2)隨機(jī)抖動(dòng)來源于內(nèi)部或是外部的干擾信號(hào),如噪聲、串?dāng)_、反射等。隨機(jī)抖動(dòng)與傳輸信號(hào)的系統(tǒng)無關(guān)。

系統(tǒng)抖動(dòng)與不同的脈沖再生電路的脈沖的模式有關(guān),會(huì)連續(xù)地積累。隨機(jī)抖動(dòng)則與脈沖再生電路的脈沖模式無關(guān),而且也不會(huì)連續(xù)地積累;在大多數(shù)低速率的數(shù)字系統(tǒng)中,系統(tǒng)抖動(dòng)占主導(dǎo)地位;而在高速系統(tǒng)中,隨機(jī)抖動(dòng)變得越來越重要,甚至?xí)紦?jù)主導(dǎo)地位。

干擾性的抖動(dòng)可以利用信號(hào)再生電路劃中利用“去抖動(dòng)”電路來減弱其影響。這種“去抖動(dòng)”電路來減弱其影響。這種“去抖動(dòng)”電路包括了一個(gè)帶有窄帶相位平滑電路的信號(hào)緩沖器。信號(hào)再生電路只能將抖動(dòng)頻率高于時(shí)鐘再生電路的截止頻率的抖動(dòng)成分減小,而低頻的抖動(dòng)成分則仍然會(huì)出現(xiàn)在輸出信號(hào)或是信號(hào)再生電路中。在這種情況下,抖動(dòng)被傳輸?shù)捷敵鲂盘?hào)中,信號(hào)再生電路此時(shí)就象是一個(gè)低通濾波器。

抖動(dòng)測(cè)量方法

傳統(tǒng)的抖動(dòng)測(cè)量采用模擬測(cè)試的方法。圖1給出了傳統(tǒng)模擬測(cè)量方法的原理框圖,它是將數(shù)據(jù)信號(hào)與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)相比較,使用相位探測(cè)器的平均輸出。模擬測(cè)量方法帶來了很多問題,這都是因?yàn)橄辔惶綔y(cè)器將相位表達(dá)成一個(gè)模擬電壓引起的。

以下是用模擬方法測(cè)試抖動(dòng)的缺點(diǎn):

*時(shí)鐘恢復(fù)限制了抖動(dòng)測(cè)量的帶寬;

*時(shí)間恢復(fù)由于自由運(yùn)行頻率的偏移引入了抖動(dòng)噪聲;

*大動(dòng)態(tài)范圍要求大頻率分割,導(dǎo)致產(chǎn)生了起出相位探測(cè)器范圍的低頻脈沖,進(jìn)一步限制了測(cè)量的帶寬;

*模擬電壓受制于由噪聲和寄生電容產(chǎn)生的負(fù)面影響;

*模擬電壓的范圍受制于電源電壓的范圍;

*基準(zhǔn)恢復(fù)由于其帶寬小獲得鎖相很慢。


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隨著DSP技術(shù)、ADC應(yīng)用技術(shù)和ASIC技術(shù)的發(fā)展,抖動(dòng)分析跟隨著科技從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變進(jìn)程,發(fā)展了基于數(shù)字分析的抖動(dòng)測(cè)量方法?;跀?shù)字的抖動(dòng)分析方法有先進(jìn)得多的特性,能使工程師們?yōu)橄乱淮O(shè)計(jì)的測(cè)試和分析作更充分的準(zhǔn)備。

下面圖2給出了基于數(shù)字分析的抖動(dòng)測(cè)量方法的原理框圖。這里的目標(biāo)是將每個(gè)NRZ沿用二進(jìn)制數(shù)作時(shí)間標(biāo)記,其中計(jì)數(shù)器最低位(LSB)權(quán)值就是時(shí)間間隔分辨率。時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器完成時(shí)間標(biāo)記功能,通過數(shù)字處理標(biāo)記出抖動(dòng)大小,再經(jīng)過數(shù)字濾波器提供抖動(dòng)測(cè)量所需的高通和低通濾波。在濾波過程中,可實(shí)現(xiàn)分辨率中兩個(gè)最佳位。抖動(dòng)得到進(jìn)一步的處理以檢測(cè)峰峰值、真有效值或其它參數(shù),比如頻譜容量。

數(shù)字化的抖動(dòng)測(cè)量有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

*具有更寬的帶寬和更低的噪聲,因?yàn)樗恍枰獣r(shí)鐘恢復(fù)。

*具有更寬的帶寬和更光滑的頻率響應(yīng),因?yàn)閿?shù)字相位探測(cè)器將每個(gè)NRZ沿以時(shí)間標(biāo)記(不需要對(duì)模擬脈沖作平均處理)。

*具有更低的抖動(dòng)噪聲,因?yàn)閿?shù)字時(shí)間標(biāo)記不受噪聲的影響。

*增益誤差率只有0.01%,因?yàn)樾盘?hào)處理是完全數(shù)字化的。

*動(dòng)態(tài)范圍超過4000UIp-p,同時(shí)保持0.01UI的分辨率。

*測(cè)量時(shí)沒有延時(shí),因?yàn)椴皇褂面i相環(huán)信號(hào)去獲取時(shí)鐘。

數(shù)字式抖動(dòng)測(cè)試儀的研制

數(shù)字式抖動(dòng)測(cè)試儀的基本要求是完成對(duì)2.048MHz的鎖相時(shí)鐘進(jìn)行相位抖動(dòng)測(cè)試,具體要求按ITU-TG.823建議執(zhí)行。設(shè)計(jì)方案采用數(shù)字方法測(cè)試抖動(dòng)。數(shù)字抖動(dòng)測(cè)試方法中關(guān)鍵的就是計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)選用的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率為100MHz。但是為了保證測(cè)試抖動(dòng)的精度要求,對(duì)于100MHz記數(shù)產(chǎn)生的誤差信號(hào),專門設(shè)計(jì)了誤差脈沖展寬電路,以提高測(cè)試精度。圖3給出了數(shù)字式抖動(dòng)測(cè)試儀的功能框圖。

研制的抖動(dòng)測(cè)試儀主要包括以下模塊:時(shí)鐘記數(shù)、脈沖展寬、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理。其中除了脈沖展寬模塊是模擬電路外,其余的3個(gè)模塊都是數(shù)字電路,所以該設(shè)計(jì)是一種數(shù)字與模擬的混合電路。在設(shè)計(jì)中,考慮到算法的復(fù)雜性和靈活性,開發(fā)時(shí)間的緊迫性以及系統(tǒng)的要求,選用了德州儀器(TI)的TMS320F206。


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