时钟抖动是时钟边缘相对于时钟预期或理想位置的短期波动或变化。任何来源，如周期性、非周期性或数据依赖性来源，都可能导致时钟边缘偏离其理想位置。这些变化的常见来源包括内部器件噪声（如热噪声、闪烁噪声等）、时钟生成电路的不完善、电源噪声、板级缺陷（如串扰、数据依赖性干扰、由于端接不良引起的反射）以及其他板级原因、系统级缺陷（如电磁干扰敏感性）。时钟抖动通常可以分为两大类：无界或随机抖动和有界或确定性抖动。

无界或随机抖动是由系统中随机或高斯过程引起的。这种噪声源的瞬时值是无界的，并且是每个系统固有的。确定性抖动是由非随机过程引起的，并不是每个系统都固有的。确定性抖动可以是周期性的，如来自DC/DC转换器的噪声，或者是数据依赖性的，如码间干扰。数据依赖性的确定性抖动既可以是非相关的，也可以是相关的。虽然随机抖动难以消除，但通过精心的系统设计可以减少确定性抖动。

有界抖动表示为峰峰值抖动，而无界抖动表示为均方根（RMS）抖动。峰峰值抖动定义为时钟边缘的最小偏差和最大偏差之间的差异。当对不同样本长度（根据JEDEC标准为10,000个样本）计算抖动时，直方图遵循正态或高斯分布。RMS抖动是该直方图的一个标准差σ的值。峰峰值抖动是直方图上的最大和最小测量值之间的距离。

由于随机抖动是无界的，因此需要一个最大误码率（BER）来将RMS抖动转换为峰峰值抖动。误码率定义为单位时间间隔内的错误比特数。例如，误码率为10的负12次方表示在10的12次方个周期中最多有一个比特错误。为了将RMS抖动转换为峰峰值抖动，基于高斯噪声模型的假设，使用了一个误码率乘数。对于误码率为10的负12次方，峰峰值抖动等于RMS抖动的14.069倍。对于其他误码率，可以根据此处表格中的乘数从RMS抖动计算出峰峰值抖动。

在串行数据通信中，数据通过链路或物理介质从发送器传输到接收器。在某些情况下，时钟可以通过不同的链路传输。数据传输的速度和效率取决于许多电气和物理因素。其中一个因素就是时钟抖动。如果时钟抖动过高，接收器端无法恢复数据。为了评估串行链路的性能，使用数据依赖性的电气测量来评估高速数据质量和高速发送器-接收器性能。

眼图是设计和模拟系统、评估具有高速链路的产品时可使用的一种通用工具。为了生成眼图，对输入数据进行重复采样，并在示波器上持续显示。如果数据链路质量差或噪声大，眼图会闭合，数据传输错误会很高。当链路质量良好时，眼图会显示清晰的眼开。

可以观察参考时钟相对于零均值频率误差的理想时钟的眼图。还可以在此眼图中观察参考时钟的抖动。眼图还可以进行几项关键的水平测量。眼宽是这些测量中最重要的，它可以帮助你了解接收器在一个单位间隔内采样一个比特有多少时间。

这项测量通常在眼图最宽的部分或交叉区域进行。达到特定的眼宽对于通过眼图测试至关重要，眼开的限制通常在眼模中描述。眼宽还从时序角度给出了眼图开放程度的直观感受。可以使用示波器对眼图的总抖动进行测量，并将其分解为基本组成部分。

随着总抖动的增加，信号的可用眼宽减小，并影响接收器如何采样传输的数据。眼开还可以用于估算特定眼图的误码率。总抖动量大的系统往往信号性能较差，由于眼开较小，可能遭受高误码率，并且可能无法通过眼模。然而，通过引入高速信号调理器，可以减少系统中的抖动量，并恢复一些眼宽，从而有助于通过眼模测试、实现可接受的信号质量性能、增大眼开并降低整体误码率。

还可以从眼图中提取边沿速率，这对于确定可能导致交叉区域偏移、影响眼宽和传输线不同负载效应的特定效应很有用。在实施一些高速数据协议时，边沿速率也可以是眼图中测试的另一个参数，以确保发送器性能正常。根据规范，边沿速率可以以略微不同的方式测量，例如90%/10%、80%/20%或70%/30%的电压水平。在此处所示的图中，测量点是在90%/10%的电压水平。

模数转换器（ADC）用于将任何模拟量（例如重复电压）转换为数字字。在理想情况下，数字字应是被测模拟值的准确表示。由于使用时钟源对输入模拟量进行采样，因此时钟源中的噪声会在采样值中引入噪声。假设输入为带限的正弦信号，信号的斜率将取决于正弦频率。时钟源中的抖动乘以输入信号的斜率，并在采样器处转换为噪声，在此情况下为电压噪声。时钟源抖动越大，采样器处的噪声越大。输入信号斜率越高，采样器处的噪声越大。时钟源中的抖动将限制在特定信噪比下的最大输入频率。此处的图示显示了在不同时钟源下ADC中可实现的信噪比的代表性曲线。有效信噪比公式中，σ为峰峰值时钟抖动。

Tips：一些关于jitter的常见问题及回答

1、为什么随机抖动是无边界的？

答：随机抖动（Random Jitter, RJ）是指由较难预测的因素导致的时序变化。这些因素通常是随机的、无界的，因此随机抖动也表现出相应的随机性和无界性。随机抖动没有固定的模式或规律，其出现的时间和大小都是随机的。

2、为什么时钟抖动不是时钟边沿的长期波动。

答：时钟抖动是时钟信号在时间上的偏差和波动。它描述的是时钟信号边沿（如上升沿或下降沿）实际发生的时间与其理想发生时间之间的差异。这种差异通常是由于系统中的噪声或其他干扰引起的。

时钟抖动是短时的变动，它不随时间积累。这意味着在一个时钟周期内，抖动可能发生，但在下一个时钟周期开始时，抖动的影响不会累积到下一个周期。

3、为什么对于不相关的噪声源，峰峰值抖动不是线性相加的。

答：不相关的噪声源意味着这些噪声源之间是相互独立的，即一个噪声源的变化不会直接影响另一个噪声源。

当多个不相关的噪声源同时影响系统时，每个噪声源都会贡献一定的峰峰值抖动。然而，这些贡献并不是简单地线性相加。因为每个噪声源的抖动分布是独立的，所以它们的峰峰值抖动在统计上是相互独立的。

在统计上，多个不相关噪声源的峰峰值抖动叠加结果并不是简单的线性相加。实际上，叠加后的峰峰值抖动将取决于每个噪声源的抖动分布、方差以及它们之间的相对大小。

4、为什么眼图可以用来观察时钟抖动。

答：眼图（Eye Diagram）是用余辉方式累积叠加显示采集到的串行信号的比特位的结果。通过将多个比特周期的信号叠加在一起（一般是通过示波器的存储功能），眼图展示了信号的形状、噪声、抖动和其他不良现象。叠加后的图形形状看起来和眼睛很像，故名眼图。

眼图的张开度（即眼图“眼睛”部分的宽度）与抖动和误码率紧密相关。眼图张开越大，表明信号中的抖动越小，数据误码率较低。反之，如果眼图的开口变得很小或模糊，通常表示信号中存在过多的抖动或噪声，可能导致数据的解码错误。

5、为什么ADC的信噪比（SNR）可能受到时钟抖动的限制。

答：ADC在将模拟信号转换为数字信号时，使用时钟信号来控制采样的时间点。理想的时钟信号具有固定的周期和边沿，但实际的时钟信号由于各种因素（如噪声、干扰、电路不稳定性等）会产生抖动，即时钟边沿相对于理想位置发生短时偏移。

时钟抖动会导致ADC在错误的时间点进行采样。这种采样时间的偏移会引入采样误差，表现为采样值的偏差。这些偏差在数字信号中表现为噪声，从而降低了ADC的信噪比。

时钟抖动对ADC信噪比的影响可以通过以下公式估算：

−20*log10(2π*fin*tjitter)

其中，fin是输入信号频率，tjitter是时钟抖动。

从公式中可以看出，输入信号频率越高，时钟抖动越大，ADC的信噪比下降越明显。这是因为高频信号对采样时间的偏移更加敏感，微小的抖动就会导致较大的采样误差。

注：此文章摘录转载于通信射频老兵作者发布的文章