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數(shù)字示波器的抖動(dòng)噪聲基底是什么

汽車玩家 ? 來(lái)源:工程師曾玲 ? 2019-08-30 16:04 ? 次閱讀

數(shù)字示波器的抖動(dòng)噪聲基底(Jitter Noise Floor)指標(biāo)經(jīng)常會(huì)被誤會(huì)和誤用,那么抖動(dòng)噪聲基底到底是什么?抖動(dòng)噪聲基底是示波器本身對(duì)抖動(dòng)測(cè)量結(jié)果貢獻(xiàn)的整體噪聲,它經(jīng)常被標(biāo)定為統(tǒng)計(jì)結(jié)果,用有效值或標(biāo)準(zhǔn)偏差值(在平均值為0時(shí),標(biāo)準(zhǔn)偏差值和有效值相同)來(lái)表示。

如果抖動(dòng)噪聲基底遠(yuǎn)小于希望測(cè)量的信號(hào)抖動(dòng),那么示波器就是測(cè)量抖動(dòng)的正確儀器,相反,如果抖動(dòng)噪聲基底遠(yuǎn)高于希望測(cè)量的抖動(dòng),那么示波器就不是合適的儀器。

時(shí)基抖動(dòng)(timebase jitter)是抖動(dòng)噪聲基底的一部分,它源于示波器的時(shí)基(clock)的抖動(dòng),即輸入信號(hào)在被采樣的時(shí)間上的抖動(dòng)。

抖動(dòng)噪聲基底的另外一部分來(lái)自于示波器的垂直噪聲(vertical noise)。抖動(dòng)測(cè)量是基于信號(hào)與某閾值的交叉點(diǎn)的時(shí)刻與理想中它應(yīng)該和某閾值交叉點(diǎn)的時(shí)刻進(jìn)行比較后的結(jié)果。垂直噪聲帶來(lái)了測(cè)量的誤差,看起來(lái)是添加了更多的抖動(dòng)。誤差的大小取決于噪聲的大小以及信號(hào)在閾值位置的轉(zhuǎn)換速率(斜率)。更大的噪聲意味著更大的抖動(dòng),更快的斜率意味著更小的抖動(dòng)。下圖說(shuō)明了垂直噪聲如何轉(zhuǎn)換為抖動(dòng)。

等式(1)說(shuō)明了如何基于垂直噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差和信號(hào)的斜率來(lái)計(jì)算垂直噪聲帶來(lái)的抖動(dòng)。

抖動(dòng)噪聲基底是時(shí)基抖動(dòng)和垂直噪聲引起的抖動(dòng)的有效值之和。等式(2)說(shuō)明了它們之間的關(guān)系。當(dāng)垂直噪聲等于0或者斜率無(wú)窮大時(shí),抖動(dòng)噪聲基底等于時(shí)基抖動(dòng)。

下圖表示了抖動(dòng)噪聲基底,時(shí)基抖動(dòng)和垂直噪聲在不同斜率時(shí)引起的抖動(dòng)之間的關(guān)系(圖表中是假設(shè)正弦信號(hào)滿柵格,信噪比為36dB)。

如前所述,抖動(dòng)噪聲基底取決于示波器的垂直噪聲,輸入信號(hào)的斜率和示波器的時(shí)基抖動(dòng)。當(dāng)比較示波器的抖動(dòng)性能時(shí),非常重要的一點(diǎn)是要理解抖動(dòng)噪聲基底或時(shí)基抖動(dòng)是否被正確的標(biāo)定了。如果對(duì)抖動(dòng)噪聲基底進(jìn)行標(biāo)定,還需要知道垂直噪聲和相應(yīng)的信號(hào)斜率。

當(dāng)決定是否可以用某款示波器測(cè)量DUT的抖動(dòng)時(shí),就需要計(jì)算對(duì)于特定設(shè)置下的抖動(dòng)噪聲基底,為此,測(cè)量示波器的噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差(將示波器設(shè)置為將需要測(cè)量的DUT抖動(dòng)的狀態(tài),去掉信號(hào),測(cè)定stdev值),估計(jì)信號(hào)的斜率(有些示波器具有斜率測(cè)量參數(shù)),計(jì)算垂直噪聲引起的抖動(dòng)大小。Datasheet中的抖動(dòng)噪聲基底一般是基于經(jīng)常用到的斜率/噪聲測(cè)量到的,如果由于垂直噪聲引起的抖動(dòng)大于Datasheet中的值,就應(yīng)當(dāng)使用自己的抖動(dòng)噪聲基底。

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