由於數位音頻系統不像類比音頻系統，對於訊號的表示方式是有差異性的，有兩個基本原則必須知道：

• 1. 若訊號用類比的方式來表示時，是由一連串的電壓與電流來表示訊號的大小；但是訊號在數位音頻時，所呈現的是一連串被限制大小的離散數值。





• 2. 在數位音頻時，一連串大小的離散數值所表示的是，訊號在指定時間點上或是立即取樣的值，而不是持續在時間上每個瞬間的值。





• 不同的裝置有不同的取樣方法，最常見的裝置有類比/數位轉換器（ADC），以及數位/類比轉換器（DAC）。這些裝置經常有個取樣時脈，用來控制它們的取樣速率或是取樣頻率。





• 由於數位訊號的取樣頻率常常不同，通常我們會使用數值處理的方式來轉換數位訊號。所以取樣通常決定於取樣速率轉換器（SRC），SRC可能不會有任何實質上的取樣時脈，但是在新的訊號取樣時，卻符合新的取樣速率。





• 若抖動載在傳遞介面的數位訊號時，介面的抖動可能會造成數據錯誤或是鎖不住資料，這代表訊號錯誤的情形，它也可以被耦合到設備中，並在取樣時脈內產生抖動，這影響是難以捉摸且會降低取樣過程中的準確性。

《圖一　AES Jitter波形》

何謂抖動

抖動是在規則的時脈訊號中，時間變化的一種現象。譬如說，在規則時脈訊號中的抖動，是介於在現實時脈的實際脈衝轉換時間，和有可能發生的理想脈衝的轉換時間（也就是說完美的時脈），這兩者間是不同的。

在一個抖動的資料流中，許多脈衝的零交叉點轉換，似乎與理想時脈有些微差異，若以時間軸上來看，是有變化性的。以另一種方式表達，抖動就是數位介面訊號的相位調變。

抖動可從時脈或是數位介面訊號中量測出來，就如同分析自己正確的訊號。現在有許多有用的抖動量測方式，是靠著量測它們的頻率頻譜，以及確認抖動本身的抖動頻率。

量測抖動

當有非常小的抖動產生時，脈衝轉換會向前或是後面移動小小的時間。當這抖動值增加時，這轉態的移動會有較大範圍的時間幅度。

抖動的振幅就是這時間的移動量，而且以時間來做單位的表示，一般不是以秒的片刻（例如ms、μs），就是以單位間隔（UI）來做表示。對於那些剛接觸抖動量測的人來說，這可以幫助瞭解一些使人困惑的圖所表示的意義，例如：對應時間的在垂直座標V.S.時間在水平座標。

抖動頻率是指在相位移發生時的速率，像是其他雜訊或是介面訊號，抖動調變訊號可以是個很純且規則的正弦波、複雜的波型或是具有完全隨機的特性。

單位間隔

量測界面的時間參數很多，通常使用的量測單位為單位區間（Unit interval）簡稱為UI，通常UI解釋為在解碼結構中，最短的數值時間間隔。例如在48Khz frame rate的AES3訊號中，每個subframe有32位元，則每個frame有64位元，由於Bi-phase編碼是採用一個bit兩次轉態的編碼原則（data "1"），這表示每一個位元會有2個UI。所以若一個frame中有64bits，則會有128個UI。在bi-phase編碼下，通道中，給予每個frame有個128數值脈衝。所以在這個例子中：一個UI大約是162.7ns。

1 UI / ( 128 * 48000 ) = 162.7 ns

要注意的是在一些數據傳輸的規格中，定義單位間隔為一位元傳輸的持續期間，這會造成與AES3規格無法相容，而且在本文章裡也不適用。

如何去發現抖動的產生

在數位信號中，抖動是可以被觀測到的，就如同脈衝轉換，輕微地發生在理想時脈轉換之前或是之後。於是，任何有意義的量測，都必須包含抖動信號與理想時脈，並在這兩個訊號間做比較。

但實際情況下，通常都無法得知理想時脈，更別說與理想化時脈去做比較。所以實際的抖動量測一定都是自我參考值，來達到與信號本身有關。

最簡單的，而且也是最易令人誤解的自我參考值的技術是「觀察示波器上的波型」，即觸發示波器上的抖動信號，如(圖一)所示。不幸的，這將會得到不實的結果，因為這是取決於介在示波器觸發器與已測試過的轉換之間的間隔，以及抖動的頻率頻譜。比起抖動，這技術寧可說是表現間隔的變化。抖動與間隔變化，這兩者間是存在著某種關係，不過在一些頻率下，抖動並不會表現出來，而在其他的頻率下，抖動振幅卻又會呈現出加倍的情形。在特殊情形下，對於低頻率抖動而言，這種情況是非常遲鈍的。

理想時脈可以利用鎖相迴路，針對低抖動的震盪器來進行鎖相，來達到趨近理想時脈的目的。PLL特性待會會有說明。這種自我參考值技術具有高通特性與轉角頻率，而這是與PLL轉角頻率有關。PLL提供有用的理想時脈信號，對於示波器外部的觸發器，或是雙軌示波器觀察的參考信號是有相當大的幫助。

如果示波器被PLL參考時脈所觸發，而且觀測的時基設定在大約是1 UI的期間，這麼一來，將會有非常多隨結果而來的脈衝，馬上全都顯現出來，而且由於螢幕設定在持續選項，所以全部的曲線全部推棧在彼此之上。這種特殊的表現被稱為眼圖 ，請參閱(圖二)。因為脈衝轉換的時間不一致，導致眼圖時間範圍而變窄，而範圍窄小的眼睛所代表的就是抖動。

《圖二　眼圖：藍色呈現眼睛的圖形是介面訊號，紅色區域所表示的是最小輸入訊號特性》

除了利用一低抖動的PLL參考時脈來觸發示波器外，我們也可以使用數位信號處理(DSP)技術，來計算待測信號的時基平均，如此一來，DSP就能分析接近理想化的參考時脈，之後，DSP分析器就可以非常精準地取得信號及它的抖動。從這個數據中，分析器可以顯現出在脈衝串內，時間與振幅的變化，如(圖三)中的眼圖；在(圖四)中，所表達的是時間區域的抖動波型，在(圖五)中，是利用FFT頻譜來對抖動分析，所表達的是在頻率區域中的抖動。

《圖三　利用DSP計算後所得到的眼圖：藍色呈現眼睛的圖形是介面訊號，灰色區域所表示的是最小輸入訊號特性》

《圖四　5KHz Jitter V.S. Time》

《圖五　Jitter信號的FFT圖 》

取樣過程中的抖動

抖動影響數位音頻信號，通常會在兩個地方出現：在取樣過程，和數位介面。

取樣時所產生抖動是指ADC、DAC或是SRC在取樣過程中，所產生的時間誤差；若取樣抖動太大，有可能會導致音頻聲音變差或失真。取樣抖動我們以後會做討論。

介面抖動

除了取樣時所產生的抖動，有可能造成音頻聲音變差之外，對於音頻資料的確實傳達，介面抖動也是個很重要的因素，需要去控制它。抖動在數位音頻介面信號中，應該要保持在可以被數據接收器所容忍的範圍內；否則，數據有可能會被篡改。而這些大於抖動的值，有可能造成對取樣時脈的影響。介面抖動我們以後會陸續做討論。

同步時脈修復時產生的抖動

在同一系統中，許多數位音頻一起做信號的儲存、傳輸或是處理是常常發生的，所以我們需要一個做過時間校準的信號。在應用上，音頻取樣速率應該要正好是其他速率的倍數，這是很重要的，例如視頻偵速率（frame rate），所以視頻與數位音頻信號可以同時被解碼、儲存，或是一起傳輸。而這控制的時脈被我們稱為同步時脈。

當同步時脈從外部 'sync' 輸入，抖動可能會被輸入同步時脈的取樣抖動耦合；它也有可能影響同步的介面。幸運地是，保持基本同步時，它有可能濾除同步抖動；這結果使得在有抖動的系統上，若加強低通濾波的特性，會有抖動衰減高於濾波器轉角頻率的情形出現。

當取樣時間是從外來的同步訊號所衍生出來時，同步系統的抖動衰減特性，對於音頻信號的品質來說，變得很重要。

PLL 特性

最後，我們來談一下PLL的特性。我們先舉一個例子來說，機械性的轉輪會慢慢地跟隨著漸進的速度改變，但大多數卻會忽略短期的波動，這種情形與鎖相環路（PLL）很相似。不過，較輕的轉輪能夠更迅速地去改變，而且在截止或是轉角頻率上會較為高些。而PLL的轉角頻率是取決於它的迴授或是迴路增益；由於迴路濾波器的特性，以及從頻率積分所產生的相位，是在相位檢測器輸出前發生，以上這兩種情況，使得迴授與頻率有相關連。而且轉角頻率圍繞這環路的增益為1。

對於這個轉角頻率以下的抖動頻率要素，負迴授的意思是PLL輸出會很接近地跟隨著PLL輸入，而且振盪器的相位雜訊會衰減。在這轉角頻率之上，迴授會下降，這表示PLL輸出的抖動會因為振盪器的相位雜訊而逐漸增加，不過卻會因為輸入抖動而逐漸減少。PLL在傳送器或是接收器的設計上，關鍵的因素是在於內在抖動及抖動衰減之間的妥協。

《圖六　PLL 轉移函數》