SNR(信噪比)与抖动(jitter)的关系

SNR(信噪比)与抖动(jitter)的关系公式  

**\(-20 \log_{10}(2\pi f_{\text{输入}} J)\)**  

的推导过程如下:

 

---

 

### **关键推导步骤**

1. **信号模型**  

   假设输入信号为理想正弦波:  

   \[

   V(t) = A \sin(2\pi f t)

   \]  

   其时间导数为:  

   \[

   \frac{dV}{dt} = 2\pi f A \cos(2\pi f t)

   \]

 

2. **抖动引起的电压误差**  

   时间抖动 \(J\)(RMS值)导致采样时刻误差 \(\Delta t\),电压误差近似为:  

   \[

   \Delta V \approx \frac{dV}{dt} \cdot \Delta t

   \]  

   由于 \(\cos(2\pi f t)\) 的RMS值为 \(\frac{1}{\sqrt{2}}\),导数的RMS值为:  

   \[

   \text{RMS}\left(\frac{dV}{dt}\right) = \frac{2\pi f A}{\sqrt{2}} = \sqrt{2} \pi f A

   \]  

   因此,电压误差的RMS值为:  

   \[

   \Delta V_{\text{RMS}} = \sqrt{2} \pi f A \cdot J

   \]

 

3. **SNR计算**  

   - **信号功率**:\(P_{\text{signal}} = \frac{A^2}{2}\)  

   - **噪声功率**:\(P_{\text{noise}} = (\Delta V_{\text{RMS}})^2 = 2 \pi^2 f^2 A^2 J^2\)  

   - **SNR**(功率比):  

     \[

     \text{SNR} = \frac{P_{\text{signal}}}{P_{\text{noise}}} = \frac{A^2/2}{2 \pi^2 f^2 A^2 J^2} = \frac{1}{4 \pi^2 f^2 J^2}

     \]

 

4. **转换为分贝形式**  

   将SNR转换为分贝(dB):  

   \[

   \text{SNR}_{\text{dB}} = 10 \log_{10}\left(\frac{1}{4 \pi^2 f^2 J^2}\right) = -20 \log_{10}(2\pi f J)

   \]

 

---

 

### **物理意义**

- **频率依赖性**:高频信号对抖动更敏感,SNR随 \(f^2\) 下降。  

- **抖动影响**:RMS抖动 \(J\) 增加一倍,SNR恶化约6 dB。  

- **公式适用性**:假设抖动为高斯分布且与信号独立,适用于数据转换器和时钟系统分析。

 

---

 

### **结论**

该公式定量描述了抖动对系统信噪比的限制,是高频电路设计(如ADC、DAC、通信系统)中的关键指标。

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