【内容提要】 随着数字音频技术的发展，时钟频率的不断提高，抖动引起人们越来越多的重视。本文首先介绍什么是抖动，接着论述采样抖动和接口抖动这两种抖动对数字音频信号的影响，然后对抖动的两个重要特征进行了阐述，最后对全文进行了一个总结。
【关键词】 抖动 采样 接口 时钟 容限 累积
一. 抖动的概念
数字音频系统不同于模拟音频系统。在模拟域，信号是连续的、可变的电压或电流，而在数字域里，信号是一组有限个数的离散数值。这些数值只是代表某些特定时间点上的信号，或采样瞬间的信号，而不是代表连续的每一时刻的信号。
数字音频通常可以解决模拟录音和传送过程中的许多问题，如失真、线路噪声、磁带放音时的“咝咝”声、抖晃、串音等。如果不能解决，数字音频对这些问题中的大多数都有很强的抵抗能力。但是当振荡器不稳定、电缆损耗或噪声很大时，就会在时间域里影响数字信号，产生抖动。
什么是抖动？
通俗来讲，抖动是一个事件在时间上的改变。
例如，一个标称的、有规律的时钟信号上的抖动，就是真实的时钟的实际脉冲跳变时间点和理想的完全有规律的时钟信号的脉冲跳变时间点之间的改变。
与标称参考信号不同，在抖动数据流里，许多脉冲的零坐标点与理想时钟的零坐标点在时间上有所改变。换句话说，抖动是数字接口信号的相位调制。图1是一个抖动的AES3波形图。
当非常小的抖动存在时，脉冲跳变点在时间轴上向前或向后移动很短的距离。当抖动增大时，跳变点在时间轴上移动的距离就变长。
抖动幅度就是对时间改变量的一种测量，用时间单位来表述，如纳秒，或者用单位间隔（UI）来表述。UI是专门用于数字信号的时间单位，一个UI是数字信号状态变化的最小单位间隔，等同于一个比特的传送长度。对于一个48KHZ帧率的AES3信号，每个子帧有32比特，每帧就有64比特，在双相位标志编码后，通道内每帧有128比特。这样，1UI＝1/（128×48000）＝163ns。
抖动频率是指抖动波形相移的速率。像其它的噪声或干扰信号一样，抖动调制信号可能是一个单一的有规律的正弦波信号、一个合成的波形、或是一个完全随机的信号。
二. 抖动的分类
根据抖动出现在数字信号系统链路中的位置，可以分为采样抖动和接口抖动，这也是影响一个数字音频信号的两个重要抖动。
采样抖动
采样抖动是指A/D变换器在采样过程中或D/A变换器在D/A变换过程中出现的定时出错。采样抖动在A/D变换器和D/A变换器中通常是和令人关注的采样时钟有关。
采样抖动可以影响音频信号的音质，增加噪声和失真。在进行A/D变换时，如果信号被带有误差的采样时钟采样，那么A/D变换器将在错误时刻采集到错误的样值。即使这些样值被无抖动地输入到D/A变换器中，重建的也只是正确时刻的错误信号，最终可能会造成在重建的模拟信号中可听到抖动调制产物。从这点可以看出，A/D变换器时钟的去抖动是很重要的。时钟的定时误差和时钟振荡器的相位噪声特性有关，石英振荡器有着低相位噪声，通常只有10ps的均方误差。因此，整个系统的定时必须使用石英振荡器来作为参考源。
A/D变换器采样定时的抖动对采样过程产生的影响很像FM调制，输入信号相当于载波，而抖动相当于调制信号。抖动会减小输入信号的电平幅度，在频谱图上看到的是在输入信号频谱的两侧距离为抖动频率整数倍的位置上加入的边带成分。
图2说明了对一个真实信号的这种影响。输入信号为10KHz，抖动调制信号为3KHz。在距离输入信号3KHz的两侧处出现其它的两个频率分量，这就是抖动调制的上、下边带。（在图中，在接近于10KHz分量的频谱处还有“裙边”效应。这是由于在系统中还存在一些类似噪声的低频抖动）。
而在D/A变换时，如果D/A变换的定时和A/D变换的定时不一致，即使D/A变换器有着高精度的时钟定时，也会造成变换器在错误的时刻转化了正确的样值。尽管输出数据是正确的，但是由抖动造成的定时误差最终还是会在输出模拟信号中产生噪声和失真。幸运的是，这种失真只是回放的问题，数据本身是没有问题的，因此只要保持定时的一致性（即同步）就能解决这个问题。系统一般都会使用PLL（锁相环路）来完成这个功能。PLL具有减小抖动的功能，可以实现振荡器与参考信号之间的去耦合，使信号在精确稳定的时基上重新定时。
接口抖动
接口抖动是指数字信号系统之间传输数据时出现的抖动，发生在数字信号从一个设备传送到另一个设备的时候。数据传送和接收中的抖动、电缆上的线路损耗、噪声和其它干扰信号都能引起接口信号的抖动和衰变。
数字接口上的抖动源有设备本身产生的固有抖动，也有由于传输电路或者传输电缆引起的数据传输抖动。传输电缆阻抗的不一致性可能引起高频损耗，使得数字信号脉冲的跳变时间变长，各脉冲的持续时间相应拖长，从而使相邻脉冲产生重叠，这将导致脉冲跳变的模糊，引起码间干扰。
图3说明受电缆损耗影响的AES3波形。灰线代表AES3理想波形，兰线代表受电缆损耗影响的波形。图中被放大部分说明脉冲跳变时间点被从理想的零坐标点移走，从而使脉冲上升时间和下降时间延长，导致了脉冲跳变的模糊。
信号上的噪声能改变脉冲跳变的时间点。信号对于噪声的敏感度取决于跳变速度，而跳变速度又取决于电缆损耗。电缆损耗大，跳变时间变长，速度就慢；电缆损耗小，跳变时间短，速度就快。电缆噪声引入的抖动量直接关系到零坐标上的斜率，因为电压和这个斜率决定的时间有关。在快速跳变中，任何干扰噪声都不会产生许多抖动，因为电压偏移将引起一个很小的时间偏移。也就是说，在电缆损耗小的情况下，噪声不会引起信号太多的抖动。而电缆损耗变大时，噪声就会引起更多的抖动。
三. 抖动的特征
抖动容限和抖动累积是抖动的两个重要特征。
抖动容限
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