由于数字音频系统不像模拟音频系统，对于讯号的表示方式是有差异性的，有两个基本原则必须知道：

• 1. 若讯号用模拟的方式来表示时，是由一连串的电压与电流来表示讯号的大小；但是讯号在数字音频时，所呈现的是一连串被限制大小的离散数值。





• 2. 在数字音频时，一连串大小的离散数值所表示的是，讯号在指定时间点上或是立即取样的值，而不是持续在时间上每个瞬间的值。





• 不同的装置有不同的取样方法，最常见的装置有模拟/数字转换器（ADC），以及数字/模拟转换器（DAC）。这些装置经常有个取样频率，用来控制它们的采样率或是取样频率。





• 由于数字讯号的取样频率常常不同，通常我们会使用数值处理的方式来转换数字讯号。所以取样通常决定于采样率转换器（SRC），SRC可能不会有任何实质上的取样频率，但是在新的讯号取样时，却符合新的采样率。





• 若抖动载在传递接口的数字讯号时，接口的抖动可能会造成数据错误或是锁不住数据，这代表讯号错误的情形，它也可以被耦合到设备中，并在取样频率内产生抖动，这影响是难以捉摸且会降低取样过程中的准确性。

《图一 AES Jitter波形》

何谓抖动

抖动是在规则的频率讯号中，时间变化的一种现象。譬如说，在规则频率讯号中的抖动，是介于在现实频率的实际脉冲转换时间，和有可能发生的理想脉冲的转换时间（也就是说完美的频率），这两者间是不同的。

在一个抖动的数据流中，许多脉冲的零交叉点转换，似乎与理想频率有些微差异，若以时间轴上来看，是有变化性的。以另一种方式表达，抖动就是数字接口讯号的相位调变。

抖动可从频率或是数字接口讯号中量测出来，就如同分析自己正确的讯号。现在有许多有用的抖动量测方式，是靠着量测它们的频率频谱，以及确认抖动本身的抖动频率。

量测抖动

当有非常小的抖动产生时，脉冲转换会向前或是后面移动小小的时间。当这抖动值增加时，这转态的移动会有较大范围的时间幅度。

抖动的振幅就是这时间的移动量，而且以时间来做单位的表示，一般不是以秒的片刻（例如ms、μs），就是以单位间隔（UI）来做表示。对于那些刚接触抖动量测的人来说，这可以帮助了解一些使人困惑的图所表示的意义，例如：对应时间的在垂直坐标V.S.时间在水平坐标。

抖动频率是指在相位移发生时的速率，像是其他噪声或是接口讯号，抖动调变讯号可以是个很纯且规则的正弦波、复杂的波型或是具有完全随机的特性。

单位间隔

量测界面的时间参数很多，通常使用的量测单位为单位区间（Unit interval）简称为UI，通常UI解释为在译码结构中，最短的数值时间间隔。例如在48Khz frame rate的AES3讯号中，每个subframe有32位，则每个frame有64位，由于Bi-phase编码是采用一个bit两次转态的编码原则（data "1"），这表示每一个位会有2个UI。所以若一个frame中有64bits，则会有128个UI。在bi-phase编码下，信道中，给予每个frame有个128数值脉冲。所以在这个例子中：一个UI大约是162.7ns。

1 UI / ( 128 * 48000 ) = 162.7 ns

要注意的是在一些数据传输的规格中，定义单位间隔为一位传输的持续期间，这会造成与AES3规格无法兼容，而且在本文章里也不适用。

如何去发现抖动的产生

在数字信号中，抖动是可以被观测到的，就如同脉冲转换，轻微地发生在理想频率转换之前或是之后。于是，任何有意义的量测，都必须包含抖动信号与理想频率，并在这两个讯号间做比较。

但实际情况下，通常都无法得知理想频率，更别说与理想化频率去做比较。所以实际的抖动量测一定都是自我参考值，来达到与信号本身有关。

最简单的，而且也是最易令人误解的自我参考值的技术是「观察示波器上的波型」，即触发示波器上的抖动信号，如(图一)所示。不幸的，这将会得到不实的结果，因为这是取决于介在示波器触发器与已测试过的转换之间的间隔，以及抖动的频率频谱。比起抖动，这技术宁可说是表现间隔的变化。抖动与间隔变化，这两者间是存在着某种关系，不过在一些频率下，抖动并不会表现出来，而在其他的频率下，抖动振幅却又会呈现出加倍的情形。在特殊情形下，对于低频率抖动而言，这种情况是非常迟钝的。

理想频率可以利用锁相回路，针对低抖动的震荡器来进行锁相，来达到趋近理想频率的目的。PLL特性待会会有说明。这种自我参考值技术具有高通特性与转角频率，而这是与PLL转角频率有关。PLL提供有用的理想频率信号，对于示波器外部的触发器，或是双轨示波器观察的参考信号是有相当大的帮助。

如果示波器被PLL参考频率所触发，而且观测的时基设定在大约是1 UI的期间，这么一来，将会有非常多随结果而来的脉冲，马上全都显现出来，而且由于屏幕设定在持续选项，所以全部的曲线全部推栈在彼此之上。这种特殊的表现被称为眼图 ，请参阅(图二)。因为脉冲转换的时间不一致，导致眼图时间范围而变窄，而范围窄小的眼睛所代表的就是抖动。

《图二 眼图：蓝色呈现眼睛的图形是接口讯号，红色区域所表示的是最小输入讯号特性》

除了利用一低抖动的PLL参考频率来触发示波器外，我们也可以使用数字信号处理(DSP)技术，来计算待测信号的时基平均，如此一来，DSP就能分析接近理想化的参考频率，之后，DSP分析器就可以非常精准地取得信号及它的抖动。从这个数据中，分析器可以显现出在脉冲串内，时间与振幅的变化，如(图三)中的眼图；在(图四)中，所表达的是时间区域的抖动波型，在(图五)中，是利用FFT频谱来对抖动分析，所表达的是在频率区域中的抖动。

《图三 利用DSP计算后所得到的眼图：蓝色呈现眼睛的图形是接口讯号，灰色区域所表示的是最小输入讯号特性》

《图四 5KHz Jitter V.S. Time》

《图五 Jitter信号的FFT图 》

取样过程中的抖动

抖动影响数字音频信号，通常会在两个地方出现：在取样过程，和数字接口。

取样时所产生抖动是指ADC、DAC或是SRC在取样过程中，所产生的时间误差；若取样抖动太大，有可能会导致音频声音变差或失真。取样抖动我们以后会做讨论。

接口抖动

除了取样时所产生的抖动，有可能造成音频声音变差之外，对于音频数据的确实传达，接口抖动也是个很重要的因素，需要去控制它。抖动在数字音频接口信号中，应该要保持在可以被数据接收器所容忍的范围内；否则，数据有可能会被篡改。而这些大于抖动的值，有可能造成对取样频率的影响。接口抖动我们以后会陆续做讨论。

同步频率修复时产生的抖动

在同一系统中，许多数字音频一起做信号的储存、传输或是处理是常常发生的，所以我们需要一个做过时间校准的信号。在应用上，音频采样率应该要正好是其他速率的倍数，这是很重要的，例如视频侦速率（frame rate），所以视频与数字音频信号可以同时被译码、储存，或是一起传输。而这控制的频率被我们称为同步频率。

当同步频率从外部 'sync' 输入，抖动可能会被输入同步频率的取样抖动耦合；它也有可能影响同步的接口。幸运地是，保持基本同步时，它有可能滤除同步抖动；这结果使得在有抖动的系统上，若加强低通滤波的特性，会有抖动衰减高于滤波器转角频率的情形出现。

当取样时间是从外来的同步讯号所衍生出来时，同步系统的抖动衰减特性，对于音频信号的质量来说，变得很重要。

PLL 特性

最后，我们来谈一下PLL的特性。我们先举一个例子来说，机械性的转轮会慢慢地跟随着渐进的速度改变，但大多数却会忽略短期的波动，这种情形与锁相环路（PLL）很相似。不过，较轻的转轮能够更迅速地去改变，而且在截止或是转角频率上会较为高些。而PLL的转角频率是取决于它的回授或是回路增益；由于回路滤波器的特性，以及从频率积分所产生的相位，是在相位检测器输出前发生，以上这两种情况，使得回授与频率有相关连。而且转角频率围绕这环路的增益为1。

对于这个转角频率以下的抖动频率要素，负回授的意思是PLL输出会很接近地跟随着PLL输入，而且振荡器的相位噪声会衰减。在这转角频率之上，回授会下降，这表示PLL输出的抖动会因为振荡器的相位噪声而逐渐增加，不过却会因为输入抖动而逐渐减少。PLL在传送器或是接收器的设计上，关键的因素是在于内在抖动及抖动衰减之间的妥协。

《图六 PLL 转移函数》