抖動分析的全貌：為何您需要結合時域與頻域的量測觀點
- Sonya Chan
- 10月5日
- 讀畢需時 4 分鐘
在分析資料傳輸系統的穩健性時，抖動（Jitter）是一個關鍵指標，建議同時使用時域與頻域的抖動量測儀器，以便區分快速與緩慢變動的假影（Artifacts）。
測試任務
您的任務是以高靈敏度量測抖動，時域中的隨機抖動會在頻域中將訊號展寬，並可被詮釋為非預期的相位調變或相位雜訊，而在頻域中，使用 R&S®FSWP 相位雜訊分析儀量測相位雜訊的靈敏度，要比在時域中量測抖動更高，使其在抖動量測方面具有無可比擬的靈敏度；相較之下，R&S®RTO 示波器則能夠偵測動態雜散（Spurs）的抖動，例如時域中的暫態或移動雜散。
量測結果比較
為了進行比較，我們使用了一個 1 GHz 的訊號，該訊號帶有 1 MHz 的頻率調變（FM），並疊加了頻寬從 0 Hz 到 4 MHz 的雜訊，為了得到可比較的量測結果，我們選擇了 R&S®RTO 的時序誤差（TIE（Time Interval Error））量測，因為這兩款儀器都會追蹤振盪器，然而，由於儀器的量測原理不同，這兩種分析儀之間仍存在差異，R&S®FSWP 會對訊號的多個週期進行積分。
R&S®FSWP 最適合量測隨機抖動（RJ（Random Jitter））與週期性抖動（PJ（Periodic Jitter）），而 R&S®RTO 則還能偵測到工作週期失真與資料相依抖動。
抖動量測特性 | ||
參數 | R&S®FSWP | R&S®RTO |
靈敏度 | ≤ 5 fs | 600 fs (抖動雜訊底層) |
動態訊號偵測 | - | 透過趨勢圖功能偵測 |
最大可量測輸入頻率 | 高達 50 GHz | 高達 6 GHz |
混疊 (Aliasing) | 無 | 有 |
近載波量測 | 0.01 Hz | 受限於最大記錄長度 |
下方圖 1 的頂部顯示了 R&S®RTO 的量測波形，以趨勢圖功能呈現（TIE 對時間），中間的圖表是該趨勢圖的快速傅立葉轉換（FFT）結果，FFT 顯示了包含 PJ 的抖動頻譜，曲線下方的面積對應於訊號的總抖動（TJ（Total Jitter）），結果以 dBps 為單位顯示，底部則是 TIE 量測的直方圖。
在圖 2 中，R&S®FSWP 的量測結果以 dBc (1 Hz) 為單位顯示，R&S®FSWP 也會計算每個雜散的 PJ、總 PJ 以及相位雜訊頻譜中的 RJ，並以 ps 為單位呈現。
為了比較結果，我們將兩種量測的單位都轉換為 ps，此外，我們使用以下方程式計算了 R&S®RTO 的隨機抖動與 R&S®FSWP 的總抖動：
TJ2=RJ2+PJ2
下方的表格顯示了個別的量測結果與其差異，R&S®RTO 與 R&S®FSWP 的結果幾乎完全相同，它們在相同的頻率上偵測到 PJ，且其數值的差異小於 0.5 ps，偵測到的 RJ 與 TJ 數值差異同樣小於 0.5 ps，這種良好的一致性證明了這兩款儀器的可比較性。
量測結果 | ||||
參數 | 頻率 | R&S®RTO | R&S®FSWP | 差異 |
週期性抖動 | 1.0 MHz | 4.64 ps | 4.63 ps | 0.01 ps |
隨機抖動 (平均值) | 7.34 ps | 7.44 ps | 0.10 ps | |
總抖動 (平均值) | 8.68 ps | 8.76 ps | 0.08 ps |
總結
R&S®RTO 示波器與 R&S®FSWP 相位雜訊分析儀都能夠準確且可比較地量測抖動訊號（TIE），前者在時域中進行，後者則在頻域中進行，R&S®RTO 提供了更豐富的功能，能提供額外的結果，例如工作週期或資料相依抖動，並能分析快速的暫態訊號，但靈敏度有限；R&S®FSWP 則能輕易地分離週期性與隨機抖動，並具備數個 fs 等級的無可比擬的靈敏度，R&S®RTO 與 R&S®FSWP 能夠良好地互補，是進行抖動量測的理想解決方案。
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