内建式抖动测量技术（下）

如图二十八所示，在不同频段操作下我们去改变脉波吞噬的数目，也就是切换S0、S1，让抖动放大电路在不同频段下皆具有足够宽的稳态区间。此外也藉由调整外调电阻将抖动电路之放大倍率作些微的修正。图中显示经调整脉波吞噬数后，于数十MHz～1.6GHz附近其放大倍几乎维持在25.5倍左右。但若超过1.6GHz后，因为tfn时间点慢慢靠近ts造成稳态电位的变化，所以放大倍率开始有些许改变。操作频率继续往上升，tfn点会等于或是超前ts，造成放大倍率急速下降，所以说此抖动放大电路的线性放大区为数十MHz~1.6GHz。在此必须说明因为线性区间可藉由改变脉波吞噬的数目来达成，因此若须操作在更高频的运用上时，我们只需依造（2）式来实现即可。

《图二十八 放大倍率与频率间之关系图》


《图二十九 多工式振荡器之振荡频率测试图》


时间-数位电路最佳解析度

除了抖动放大电路测试外，时间-数位转换电路也关系到系统最佳解析度。因此也藉由调整输入抖动量来观察数位输出码，并测试多工式振荡器振荡频率来回推解析度。如图二十九所示，为了测试方便，我们将振荡频率除以32来观测，所以此时间-数位转换电路的最佳解析度，为振荡周期除上32个相位（经内插后所得），亦即约为19-ps。

此外图三十为输入抖动量与数位输出码之对照图。其显示输入抖动每增加19-ps数位码也随之增加，但量测曲线与理想曲线间相差约40-ps。此误差量来自于振荡器之抖动。但以系统层面来看，我们只要将此误差量扣除即可，因为其所关心的是每个数位码间所代表的抖动量是否相同，因此我们将图三十误差量归零后进行积分非线性误差量（Integral Nonlinearity；INL）之分析，如图三十一所示。此时间-数位转换电路最大偏移量约为6-ps，即0.32LSB（1LSB=19-ps），其小于0.5LSB，所以可说对于系统操作时并不会带来严重的错误。

《图三十 输入抖动 vs. 数位输出码》


《图三十一 时间数位转换器之INL分析图》


得出系统解析度

确定了抖动放大电路与时间-数位转换电路操作特性后，接着我们将可推得系统解析度。因为放大倍率A与延迟单元之延迟时间的比例为25.5:19，所以在此条件下所能测到的最佳解析度即为19-ps/25.5=0.8-ps。同理可证，若在设计上将倍率提升或是缩小延迟时间至其比例为1:2时，此将可把解析度进一步提升至0.5-ps。有鉴以上量测与模拟之结果，我们可以说此测试方法将可成功运用在wide range以及low jitter的内建时脉抖动测试架构中。

结语

在先前所列举的五种传统测试架构，不外乎是利用电路技巧来缩小延迟单元的延迟时间，以等效增加测试解析度。然而当测试速度上升或是抖动量来到sub-ps等级后，因电路与制程上之瓶颈，其所能量测的范围皆会受到限制。

基于上述之原因，本文提出不同于传统测试架构的测试策略。这是采用抖动放大的观念，先针对待测讯号抖动量做先期放大，然后利用时间-数位转换电路将抖动量化，再把得到的输出数位码除以放大倍率，即可还原出原本的周期对周期抖动量。此外为了让此测试架构能操作在任何频段下，因此还采用单撷取搭配脉波吞噬的测试方法，拉长抖动放大时的稳态时间，以得到固定放大倍率，进而减少因频率变化所带来的量测误差。所以本文所提出方法相较于传统测试方式，将具备宽频操作、低抖动量测试、高解析度、成本低、受测试环境限制程度小等优点。最后其比较如表三所示。

(表三) 各种架构比较表