本文將介紹：關于數字產品中電源軌噪聲如何影響數字系統中時鐘抖動。

背景

在數字電路中，一串二進制的信號流是通過電壓（或電流）的波形來表示。然而，自然界的信號實際上都是模擬的，而非數字的，所有的信號都受噪音、扭曲和損失影響。信號完整性考慮的問題主要有振鈴（ringing）、串擾（crosstalk）、接地反彈、扭曲(skew)、信號損失和電源供應中的噪聲。--摘至于維基百科（信號完整性）。

精準的周期性采樣時鐘是確保數字系統進行正確通信的前提。如果時鐘信號發生了偏移，將引起傳輸的數字信號流發生變化，比如造成時延、誤碼等等。在高速數字系統中，隨著時鐘速率邁入GHz級，首要目標是保證信號完整無失真地從源端傳送到接收端，往往電源完整性不佳就會影響時鐘信號，進而引起信號完整性問題。

高速數字產品設計中不單單包含信號完整性問題，還包含電源完整性問題，而對數字系統中的電源軌噪聲進行評估，將直接反映電源完整性的好壞，本文將介紹數字產品中電源軌噪聲如何影響系統中時鐘抖動。

數字產品中電源軌噪聲與時鐘抖動是關聯的

數字電路中的直流電壓也就是電源軌波形往往看起來像是純凈平直，然而當我們通過示波器放大后發現其實不是，電源軌上是存在交流波動成分的。

除了由開關電源引入的波動外，電源軌也會受耦合噪聲的干擾，當PDN上發生振鈴時，會影響芯片輸出的時鐘信號發生偏移，時鐘信號上升沿發生的偏移就是我們俗稱的抖動Jitter。

數字系統中的芯片通常由CMOS集成電路組成，其開關閾值會受電源軌的噪聲影響而波動，進而引起了系統輸出時鐘或數據的抖動。

由下圖可以看出，電源軌噪聲波動的大小將對抖動大小帶來影響，電源軌波動越小引起時鐘信號的抖動Jitter也會越小。

電源軌噪聲與時鐘信號斜率的比值決定了抖動的大小，電源軌噪聲與抖動的關系可由以下公式描述：

如果要對抖動的影響進行驗證，就要準確測量電源軌噪聲。但是在如今的電子產品中對電源完整性進行準確評估充滿挑戰。以最為常見的數字電子產品手機為例，隨著手機發展的演變，體積越來越小，而內部IC集成度越來越高，電流密度越來越大，而功耗卻在降低，從而要求輸入電壓也在降低(從典型的5V、3V減小至1V)，甚至電壓容限也在降低(10%減小到5%，甚至是1%)。這就會給電源軌測量造成挑戰。

R&S RT-ZPR電源軌探頭是應對這一挑戰的最佳選擇，它不僅具備極低的系統噪聲（衰減比1:1），也具備2GHz/4GHz高帶寬范圍，可以測量更高頻率范圍的電源軌噪聲。

以實際測量為例：使用RT-ZPR電源軌探頭和傳統RT-ZP1X紋波探頭測試直流電壓Vpp對比：

38 MHz帶寬1:1無源探頭RT-ZP1X會遺漏高頻成分，不能顯示尖峰的存在，從而低估Vpp測量值。但使用同樣衰減比而帶寬高達2 GHz的電源軌探頭RT-ZPR20可以捕獲并測量高頻瞬態，還能擁有極低的噪聲，不難看出針對高頻瞬變需要高帶寬電源軌探頭才能測量出正確的Vpp值。

綜上所述，電源軌信號并非是完全平直的，它會受到噪聲干擾，進而影響系統時鐘的穩定。當今數字產品中電源軌電壓越來越低，同時要求的容限也越來越嚴苛，從而對測量電源軌信號造成挑戰。羅德與施瓦茨的電源軌探頭RT-ZPR充分應對這些挑戰，可以進行準確測量 (高帶寬，高靈敏度，低噪聲和大偏置補償)。下一期我們將用一個測量案例繼續說明電源軌噪聲對數字產品抖動的影響。

羅德與施瓦茨業務涵蓋測試測量、技術系統、網絡與網絡安全，致力于打造一個更加安全、互聯的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產品和解決方案賦能眾多行業客戶，助其獲得數字技術領導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業，公司在全球范圍內獨立、長期、可持續地開展業務。