Introduction to Jitter and
Simulation Case Studies

2024.09.25

引言

在高速信号传输系统中，Jitter是指信号到达时间的不可预测变化，这种变化可能会导致信号失真、数据错误以及系统性能下降，尤其是在高频应用中，如数据通信、视频传输和高速数字电路，Jitter直接影响着信号的完整性和系统的可靠性。

一、Jitter的定义

理想的数字信号的时钟周期不会产生变化，每个数据UI（Unit Interval, 即每个bit的时间长度）也都严格相等，但在真实世界里，由于热噪声和各种因素的影响，时钟或数据的边沿往往存在不确定性，其真实位置和理想位置之间的偏差，就是所谓的抖动。当时钟信号或数据信号存在较大的抖动时，接收端在识别信息时就会出错，导致信息传递出现“误码”（Bit Error）。

时序抖动的来源多种多样，数字信号中总抖动的大小很大程度上取决于不同噪声源的影响程度。依据不同噪声源引起的时序抖动的概率密度函数特征，可以将时序抖动分为确定性抖动（deterministic jitter, DJ）和随机抖动（random jitter, RJ）两大部分。确定性抖动又可以分为周期性抖动（periodic Jitter，PJ）和数据相关性抖动（ data dependent jitter, DDJ），周期性抖动由由系统时钟或周期性干扰引起，通常表现为可预测的模式，由于任何周期波形都可以分解成傅里叶序列的谐波相关正弦曲线，这类抖动又被称为正弦曲线抖动（sinusoidal jitter，SJ）数据相关性抖动与数据的码型有关，数据当前比特位的波形会受到之前几个比特位跳变时刻的影响。占空比失真（duty cycle distortion, DCD）和符号间干扰（ inter-symbol interference, ISI）是数据相关性抖动的两个主要组成部分。随机抖动由随机噪声或信号干扰引起，无法预测，通常通过统计方法来分析，随机抖动符合高斯正态分布。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，即正态分布的σ值。

二、Jitter的优化策略

在实际电路中Jitter主要由以下几个方面引起：时钟源本身的不稳定性带来的抖动，电路设计中的缺陷：如电源噪声、地弹效应等，都可能引起信号抖动。信号传输过程中，信号的反射、串扰，信号经历衰减和噪声干扰，会导致信号波形畸变，进而产生Jitter。当采样时钟与数据信号之间的相位差发生变化时，会导致采样点偏离理想位置，产生Jitter。

为了降低接收端的Jitter，可以采取以下措施：选用低jitter时钟源，确保时钟信号的稳定性。使用适当的滤波器和去耦电容，减少噪声。使用高性能的连接器和电缆，减少传输中的信号损失确保信号路径短且直接，降低信号损耗。使用差分信号传输，减少共模噪声影响。加强信号滤波和噪声抑制技术，降低噪声对信号的影响。精确匹配阻抗，减少反射和信号干扰。改进时钟恢复算法，提高时钟恢复精度。使用锁相环（PLL）等同步技术，保持采样时钟与数据信号的同步。

三、使用SIDesigner进行实际应用

在仿真中，可以主动加入Jitter，在通过调整时钟源的稳定性、优化电路设计、改善信号完整性等方法来降低Jitter，达到信号的高质量传输。

在巨霖的SIDesigner中，可以在发射端和接收端添加Jitter。