高速信号抖动的原因，你知道吗？
在高速串行信号物理层一致性测试中，抖动和眼图已经成为了一个绕不开的话题，它是评估高速信号质量的关键指标。随着串行数据传输系统的信号速率越来越高，电压摆幅不断降低来节约功耗，系统中的抖动占信号区间的比例正变得越来越大。因此，抖动已经成为限制性能的一个重要因素。随着抖动的增加，系统误码率便会越大。为了可靠地满足高速串行系统性能要求，首先要理解什么是抖动及怎样测量抖动，高速串行总线系统中更加严格地控制抖动，如何正确地分析抖动的特性以及对传输系统影响的显得非常重要。眼图是高速串行信号的宏观信号质量的整体体现，在眼图中可以直接反映出串行信号的幅度、抖动特性等。
抖动的分类
当时钟信号或数据信号存在较大的抖动时，接收机在识别信息时就会出错，导致信息传递出现“误码”（Bit Error）。抖动考虑的是时钟或数据过零点的时刻的不确定性，眼图则更加直观。我们以参考时钟的边沿为刀，将数据波形切割成无数的小段，每段波形只有 1 个 bit。然后将这些小段波形堆叠到一起，形成的眼睛形状的图片，称之为眼图。图 8：眼图是由所有 bits 堆叠而形成的图样，包含所有 bits 的信号完整性信息自高速串行信号诞生之初，抖动和眼图就是必测的项目。抖动可以评估时钟或信号的稳定性，眼图可以综合评估信号的抖动，幅度，反射，串扰等信号完整性问题。如果再套上一个眼图模板，通过眼图是否触碰模板，就可以轻松评判信号质量的优劣。图 9：眼图及其模板 LVDS 和 JESD204B 规范里就有抖动和眼图模板测试。翻开 JESD Spec，会发现它清晰地定义了近端和源端的眼图模板。眼图不得碰到三块模板（灰色区域）里的任何一块，否则测量项就是 Fail 的。图 10：JESD204B 标准的接收端眼图模板测试工程师测出了眼图和抖动的结果，给出测试 Pass 或 Fail 的测量报告，工作就算完成了。但研发工程师的噩梦才刚刚开始，测试 Fail 了，怎么才能解决呢？其实基本思路非常简单，概括起来就是：抓大放小，对症下药！经典理论下，信号的总体抖动（Tj, Total Jitter）可以分成以下几类。我们通过示波器的抖动软件，测量出每种抖动成分的大小，将最严重的抖动成分降低，总体抖动就能降下来了。图 11：抖动的分类其中，随机抖动（Rj, Random Jitter）是由布朗运动/热噪声引起的，符合高斯正态分布。随机抖动的峰峰值和测量的样本数（总 bits 数量）息息相关，理论上只要测量的时间足够长，随机抖动可以增加到无穷大。抖动分析时，随机抖动的测量值一般用 RMS 值来表示。
抖动的来源
抖动的来源主要分为两大类：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动主要包括：
1. 码间干扰（ISI）：由于传输介质的不理想，导致前后码元之间相互干扰，从而引起的抖动。这种抖动通常是由线路的电气特性引起的，可以通过改善线路的传输特性来减少。
2. 时钟抖动：时钟信号的抖动会导致接收端对时钟信号的采样时刻发生变化，从而引起数据的误码。时钟抖动通常是由时钟源的稳定性和时钟布线的质量引起的，可以通过使用高质量的时钟源和优化时钟布线来减少。
3. 电源抖动：电源噪声会对数字电路的工作产生影响，从而引起抖动。这种抖动通常是由电源的质量和电源滤波引起的，可以通过使用高质量的电源和优化电源滤波来减少。
4. 电磁干扰（EMI）：电磁干扰会对数字电路的工作产生影响，从而引起抖动。这种抖动通常是由外部电磁干扰源引起的，可以通过采取电磁屏蔽和滤波措施来减少。
随机性抖动主要包括：
1. 热噪声：由于导体中的自由电子的热运动引起的噪声，这种噪声是由导体的温度和电导引起的，无法完全消除。
2. 散粒噪声：由于半导体器件中载流子的随机运动引起的噪声，这种噪声是由半导体器件的特性和工作条件引起的，无法完全消除。
3. 闪烁噪声：由于半导体器件中晶格缺陷和杂质引起的噪声，这种噪声是由半导体器件的制造工艺和工作条件引起的，无法完全消除。
