數字示波器抖動噪聲基底和時基抖動、垂直噪聲的關系
發(fā)布時間： 2023-08-18 瀏覽次數: 作者：邁昂科技
數字示波器的抖動噪聲基底(Jitter Noise Floor)指標經常被誤會和誤用，因此我們認為有必要澄清抖動噪聲基底指標到底是什么含義，從而使用戶能準確地評估儀器的具有的抖動測量能力。數字示波器抖動噪聲基底和時基抖動、垂直噪聲有什么關系？
讓我們先直接來說明這些術語的含義吧。 抖動噪聲基底是示波器本身對抖動測量結果貢獻的整體噪聲，它經常被標定為統(tǒng)計結果，用有效值或標準偏差值（在平均值為零時，標準偏差值和有效值相同）來表示。如果抖動噪聲基底遠小于您希望測量的信號抖動，那么示波器是您測量該抖動的正確儀器，相反，如果抖動噪聲基底高于您希望測量的抖動，那么示波器就不是合適的儀器。時基抖動（timebase jitter）是抖動噪聲基底的一部分，它源于示波器的時基(clock)的抖動，即輸入信號在被采樣的時間上的抖動。
抖動噪聲基底的另外一部分來自于示波器的垂直噪聲（vertical noise）。抖動測量是基于信號與某閾值的交叉點的時刻與理想中它應該和某閾值交叉點的時刻進行比較后的結果。垂直噪聲帶來了測量的誤差，看起來是添加了更多的抖動。誤差的大小取決于噪聲的大小以及信號在閾值位置的轉換速率（斜率）。更大的噪聲意味著更大的抖動。更快的斜率意味著更小的抖動。圖1說明了垂直噪聲如何轉換為抖動。等式（1）說明了如何基于垂直噪聲的標準偏差和信號的斜率來計算垂直噪聲帶來的抖動。
抖動噪聲基底是時基抖動和垂直噪聲引起的抖動的有效值之和。等式（2）說明了它們之間的關系。當垂直噪聲等于零或者斜率無窮大時，抖動噪聲基底等于時基抖動。圖2表示了抖動噪聲基底，時基抖動和垂直噪聲在不同斜率時引起的抖動之間的關系（圖表中是假設正弦信號滿柵格，信噪比為36dB）。
如前所述，抖動噪聲基底取決于示波器的垂直噪聲，輸入信號的斜率和示波器的時基抖動。當比較示波器的抖動性能時，非常重要的一點是要理解抖動噪聲基底或時基抖動是否被正確地標定了。如果對抖動噪聲基底進行標定，您還需要知道垂直噪聲和相應的信號斜率。當決定是否可以用某款示波器測量您的DUT的抖動，您需要計算對于您特定設置下的抖動噪聲基底。為此，測量示波器的噪聲的標準偏差（將示波器設置為您將要測量自己的DUT的抖動的狀態(tài)，去掉信號，測定stdev值），估計信號的斜率（有些示波器有斜率測量參數），計算垂直噪聲引起的抖動大小。 datasheet中的抖動噪聲基底一般是基于經常用到的斜率/噪聲測量到的，如果由于垂直噪聲引起的抖動大于datasheet中的值，您應當使用您自己的抖動噪聲基底。
讓我們先直接來說明這些術語的含義吧。 抖動噪聲基底是示波器本身對抖動測量結果貢獻的整體噪聲，它經常被標定為統(tǒng)計結果，用有效值或標準偏差值（在平均值為零時，標準偏差值和有效值相同）來表示。如果抖動噪聲基底遠小于您希望測量的信號抖動，那么示波器是您測量該抖動的正確儀器，相反，如果抖動噪聲基底高于您希望測量的抖動，那么示波器就不是合適的儀器。時基抖動（timebase jitter）是抖動噪聲基底的一部分，它源于示波器的時基(clock)的抖動，即輸入信號在被采樣的時間上的抖動。
抖動噪聲基底的另外一部分來自于示波器的垂直噪聲（vertical noise）。抖動測量是基于信號與某閾值的交叉點的時刻與理想中它應該和某閾值交叉點的時刻進行比較后的結果。垂直噪聲帶來了測量的誤差，看起來是添加了更多的抖動。誤差的大小取決于噪聲的大小以及信號在閾值位置的轉換速率（斜率）。更大的噪聲意味著更大的抖動。更快的斜率意味著更小的抖動。圖1說明了垂直噪聲如何轉換為抖動。等式（1）說明了如何基于垂直噪聲的標準偏差和信號的斜率來計算垂直噪聲帶來的抖動。
抖動噪聲基底是時基抖動和垂直噪聲引起的抖動的有效值之和。等式（2）說明了它們之間的關系。當垂直噪聲等于零或者斜率無窮大時，抖動噪聲基底等于時基抖動。圖2表示了抖動噪聲基底，時基抖動和垂直噪聲在不同斜率時引起的抖動之間的關系（圖表中是假設正弦信號滿柵格，信噪比為36dB）。
如前所述，抖動噪聲基底取決于示波器的垂直噪聲，輸入信號的斜率和示波器的時基抖動。當比較示波器的抖動性能時，非常重要的一點是要理解抖動噪聲基底或時基抖動是否被正確地標定了。如果對抖動噪聲基底進行標定，您還需要知道垂直噪聲和相應的信號斜率。當決定是否可以用某款示波器測量您的DUT的抖動，您需要計算對于您特定設置下的抖動噪聲基底。為此，測量示波器的噪聲的標準偏差（將示波器設置為您將要測量自己的DUT的抖動的狀態(tài)，去掉信號，測定stdev值），估計信號的斜率（有些示波器有斜率測量參數），計算垂直噪聲引起的抖動大小。 datasheet中的抖動噪聲基底一般是基于經常用到的斜率/噪聲測量到的，如果由于垂直噪聲引起的抖動大于datasheet中的值，您應當使用您自己的抖動噪聲基底。
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