内建式抖动测量技术（下）

模拟结果

《图十六 动放大电路之转移曲线图》

（X轴：输入抖动量；Y轴：输出抖动量）

内建抖动测试架构中最重要的元件为抖动放大电路，因为其放大倍率将影响系统解析度以及稳定度，所以首要工作就是确保抖动放大电路操作特性。如图十六即为抖动放大电路之模拟结果。当时脉抖动产生时，经由此电路可把时脉边缘扯开，也就是增加相位误差量。另外我们可利用不同输入抖动量来观测抖动放大电路之操作线性度，如图十七所示。若所模拟出来的转移曲线呈现相同斜率，代表此电路的放大倍率为一定值；但若曲线呈现出许多斜率，则可明显观察出放大倍率于不同输入抖动时具有不同的放大倍率，所以我们便需针对制程漂移对电路影响作模拟分析。

《图十七 放大倍率vs.制程漂移：（a）Load length；（b）Load width；（c）Diff. pair length；（d）Bias current》


《图十八 放大倍率 vs. 操作频率》


抖动放大电路分析结果

先前介绍过抖动放大电路是藉由电流充放电速度来达到抖动放大，因此负载以及电容量将决定抖动放大的程度，所以以下就针对四个关键点作分析，并模拟其转移曲线图。由图十七所示，（a）～（d）分别为负载电晶体之length、负载电晶体之width、差动对电晶体之length和偏压电流变异时之模拟。从中可以观察出放大倍几乎皆维持在固定的倍率，但在负载电容（length）与操作电流变化时对于系统有较大的偏移量，约40-ps。

不过以整体系统来看，因为采用的是放大抖动量来测试，再将结果除以倍率得到原始抖动量，所以虽然模拟看出放大后的抖动约有40-ps的变异，但除以放大倍率25以后其变异约为1.6-ps，此误差量对于整体测试值几乎可忽略不计。此外，图十八为抖动放大电路操作于不同频段的转移曲线图。从中可明显发现，不论是在低频或是高频操作时，其皆具有近似的transfer curve，所以即验证此抖动放大电路具有宽操作范围以及线性抖动量放大之特性。因此由以上模拟可知，我们所提出之抖动放大架构将可运用在抖动测试系统中。

《图十九 模拟验证用之抖动产生示意图》


周期对周期抖动系统观察

为了确保整体系统操作正确性，接着我们将实际输入周期对周期抖动至系统中，藉此观察其操作特性。而周期对周期抖动的产生方式，我们将采用讯号调变法来实现，如图十九所示。其包含一个干净的参考时脉（input signal）、一个作为干扰源的调变讯号（modulating signal）和相位调变电路（phase modulator），藉由杂讯去改变理想时脉转态点实现抖动产生。

而以电路面来看，其实相位调变电路就是可调整电源电压的多级缓冲器。当一理想时脉进入缓冲器后，会有延迟产生，而延迟量和电源电压有极大关连性。电压越大延迟越小；反之电压越小延迟就会越大。利用此关系，我们只要将抖动做为缓冲器电压，就可以得到随着抖动变化的时脉相位。

抖动数位化观察

为了验证此系统是否能正确地把输入抖动数位化，因此我们也将利用两种不同型态之抖动来验证：一为正弦抖动、另一为振幅调变抖动。如图二十和二十一所示的抖动量数位化之模拟结果。从中可以得知，相关系统可成功依输入抖动型态运算出对应数位码，我们只需将数位码对照抖动表，即可得知输入抖动量。

《图二十 正弦抖动经抖动测试系统之输出结果》


《图二十一 调幅抖动经抖动测试系统之输出结果》


抖动测试准确度和测试时间关联密切，在足够测试样本下才能确保所得数值具备公信力，在测试时就必须让系统做长时间累计。我们将测试前述两种型态之抖动分布，此时系统会送出许多测试数值；而为了得知其真实抖动分布的情况，因此我们累加所有抖动量分布次数，其测试结果如图二十二所示。