近年來(lái)隨著科技的發(fā)展，差分振蕩器的應(yīng)用產(chǎn)品范圍不斷加大，使用次數(shù)也在增加，但關(guān)于差分頻率源的中的噪聲信號(hào)及抖動(dòng)相位，仍只有少部分人知道了解。Rubyquartz晶振公司是來(lái)自美國(guó)的頻率元件制造商，同時(shí)也是差分振蕩器開發(fā)者與供應(yīng)商，研發(fā)出多款LVDS與LV-PECL輸出的差分晶振，在海內(nèi)外廣受歡迎。以下是Rubyquartz公司提供的關(guān)于差分晶體振蕩器的頻率源定義和解釋，詳細(xì)的說明了其中的信號(hào)噪聲和抖動(dòng)周期。

定義

“抖動(dòng)包括來(lái)自其數(shù)字信號(hào)的重要瞬間的短期變化理想的時(shí)間位置。“（ITU-T）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中的上升沿和下降沿絕不會(huì)出現(xiàn)在精確的期望時(shí)刻。定義并測(cè)量這些邊緣的精確計(jì)時(shí)并影響其性能同步通信系統(tǒng)。

給定信號(hào)的邊緣位移是具有光譜和功率的結(jié)果噪聲由于不均勻，這些邊緣可能隨時(shí)間隨機(jī)變化頻域噪聲。（因此;由10KHz偏移的噪聲引起的抖動(dòng)可能是大于或小于100KHz偏移時(shí)的噪聲）。時(shí)鐘抖動(dòng)的頻譜內(nèi)容可以根據(jù)評(píng)估的不同測(cè)量技術(shù)或帶寬而有很大差異。

抖動(dòng)引起的系統(tǒng)中斷

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備晶振中的時(shí)鐘恢復(fù)機(jī)制用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣使用恢復(fù)的位時(shí)鐘。如果數(shù)字信號(hào)和時(shí)鐘具有相同的抖動(dòng)，則恒定抖動(dòng)誤差不會(huì)影響采樣瞬間，因此不會(huì)出現(xiàn)誤碼。（這種情況將適用于恢復(fù)時(shí)鐘機(jī)制可以的低頻抖動(dòng)遵循數(shù)字信號(hào)相位變化;在更高頻率的抖動(dòng)變化，>0.5UI，將導(dǎo)致不準(zhǔn)確的采樣和丟失有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

測(cè)量抖動(dòng)

有三種類型的儀器用于測(cè)量抖動(dòng)：1）BER（誤碼率），2）抖動(dòng)分析儀和3）示波器。用于測(cè)量抖動(dòng)的儀器類型決于應(yīng)用，電氣/光學(xué)，數(shù)據(jù)通信或電信，以及比特率（見圖下面）。可能需要混合使用這些儀器來(lái)準(zhǔn)確追蹤問題與抖動(dòng)有關(guān)。最常見的方法是從BER測(cè)試儀開始。進(jìn)一步孤立問題是，使用抖動(dòng)分析儀或示波器進(jìn)行額外的測(cè)試。此外量化抖動(dòng)，測(cè)量應(yīng)協(xié)助設(shè)計(jì)人員調(diào)查根本原因和有效消除抖動(dòng)的問題來(lái)源。

在進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)量之前，我們必須首先了解抖動(dòng)的類型及其來(lái)源。抖動(dòng)分為兩大類：確定性抖動(dòng)（Dj）和隨機(jī)抖動(dòng)（Rj）。此外，Dj分為周期性抖動(dòng)（Pj）和數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)（DDj）由占空比失真（DCD）和符號(hào)間干擾（ISI）組成。該所有單個(gè)抖動(dòng)分量的積分導(dǎo)致總抖動(dòng)（Tj）。這包括所有確定性和隨機(jī)成分的貢獻(xiàn)（見下圖）。

確定性抖動(dòng)（Dj）具有特定原因，并且是可預(yù)測(cè)且一致的。它有一個(gè)非高斯振幅分布，總是有界的，可以表征它的峰-峰值。它來(lái)自系統(tǒng)源，如串?dāng)_，符號(hào)間干擾-ISI-（反射）和電源饋通（EMI）。

周期性抖動(dòng)是由交叉耦合或EMI（交流電源線，RF信號(hào)）引起的周期性抖動(dòng)來(lái)自開關(guān)電源的信號(hào)源等。后者被稱為不相關(guān)的周期性耦合到數(shù)據(jù)或系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)。相關(guān)的周期性抖動(dòng)是來(lái)自相同頻率的時(shí)鐘的相鄰數(shù)據(jù)信號(hào)的耦合。它由a指定頻率和幅度作為峰值到峰值測(cè)量。

Pj可以使用示波器量化。在時(shí)鐘的上升沿激活在顯示屏上移動(dòng)，直到顯示另一個(gè)時(shí)鐘上升沿。Pj是樂隊(duì)范圍上顯示的上升邊緣。

周期性抖動(dòng)

數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)（DDj）分為占空比失真（DCD）和符號(hào)間干擾（ISI）。DCD是傳播延遲在高到低和低到高之間的偏差。其他與單詞相比，它是正脈沖與正脈沖的偏差時(shí)鐘狀比特序列中的負(fù)脈沖。幅度偏移誤差，開啟延遲和飽和度可能是DCD的一些原因。

ISI有時(shí)被稱為數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)。這通常是帶寬的結(jié)果發(fā)射機(jī)或物理媒體的限制;因此，創(chuàng)建不同的數(shù)據(jù)幅度由于信號(hào)的上升和下降時(shí)間有限而導(dǎo)致的比特。它發(fā)生在頻率成分時(shí)數(shù)據(jù)（符號(hào)）由傳輸介質(zhì)以不同的速率傳播。隨機(jī)抖動(dòng)（Rj）被認(rèn)為是無(wú)界的，可以用高斯描述概率分布。它影響其標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期設(shè)備穩(wěn)定性偏差（rms）值。它是由物理來(lái)源產(chǎn)生的，如：熱噪聲，白噪聲和光學(xué)介質(zhì)中的散射。

確定石英晶體振蕩器抖動(dòng)的常見來(lái)源

電磁接口（EMI）由傳導(dǎo)的輻射發(fā)射產(chǎn)生不希望的結(jié)果從本地設(shè)備或系統(tǒng)輻射。常見的來(lái)源是開關(guān)型電源它輻射強(qiáng)大的高頻磁場(chǎng)和大電場(chǎng)電噪聲進(jìn)入系統(tǒng)缺乏足夠的屏蔽和輸出濾波。EMI改變了耦合或感應(yīng)導(dǎo)體中的噪聲電流的電信號(hào)的偏置。

串?dāng)_是由磁場(chǎng)和/或電場(chǎng)與相鄰的偶然耦合引起的導(dǎo)體攜帶信號(hào)。將不需要的信號(hào)分量添加到原始信號(hào)中信號(hào)改變其偏置由干擾信號(hào)的量確定。

反射是由阻抗引起的信號(hào)干擾引起的通道中存在不匹配。庫(kù)珀技術(shù)中的最佳信號(hào)功率傳輸當(dāng)介質(zhì)在發(fā)射中具有相同的特征阻抗時(shí)發(fā)生接收端。如果阻抗，則一部分能量被反射回發(fā)射器來(lái)自不受控制的存根和不正確的接收器存在不匹配終端。同樣，如果不匹配在傳輸端，則它會(huì)攝取部分反射能量，接收器反映剩余部分。最終，接收器得到延遲信號(hào)與原始信號(hào)異相，代數(shù)上加上第一個(gè)到達(dá)信號(hào)。

隨機(jī)抖動(dòng)的常見來(lái)源

射擊噪聲也稱為寬帶“白噪聲”，是由電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的半導(dǎo)體中的空穴，其振幅是平均電流的函數(shù)由平均值波動(dòng)產(chǎn)生的。在半導(dǎo)體中，它將取決于電子和空穴密度的隨機(jī)性。它是信號(hào)通道中Rj的貢獻(xiàn)者。閃爍噪聲也稱為粉紅噪聲，與頻率的倒數(shù)成比例，1/f。它只是低頻測(cè)量中的關(guān)注點(diǎn)。它通常出現(xiàn)在電阻器，二極管中，開關(guān)和晶體管等。通常，必須進(jìn)行測(cè)量憑經(jīng)驗(yàn)。熱噪聲是由電子內(nèi)部自由移動(dòng)的熱攪動(dòng)產(chǎn)生的噪聲指揮。

BER測(cè)試儀，差分晶體振蕩器抖動(dòng)分析儀（也稱為時(shí)間間隔分析儀-TIA），示波器BERT允許工程師獲得被測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確測(cè)量誤碼率。它們旨在對(duì)數(shù)據(jù)流中接收的每個(gè)比特進(jìn)行采樣，并將其與之進(jìn)行比較預(yù)定的偽隨機(jī)比特序列（PRBS）模式。在大多數(shù)情況下抖動(dòng)分析儀或示波器無(wú)法達(dá)到這樣的準(zhǔn)確度。

抖動(dòng)分析儀（TIA）測(cè)量從參考時(shí)鐘到信號(hào)邊沿的間隔，在門檻之間;使用直方圖并收集大量數(shù)據(jù)點(diǎn)。高速數(shù)據(jù)通信總線中的設(shè)備，如光纖通道，串行ATA，Infini頻段和每個(gè)通道的速率高達(dá)3.125Gbits/s的快速IO受益于使用TIA測(cè)試。TIA是在生產(chǎn)線測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)樗鼈兛梢灶A(yù)測(cè)一些BER秒。

示波器使用外部觸發(fā)事件和采樣時(shí)鐘來(lái)構(gòu)建眼圖隨時(shí)間采樣重復(fù)信號(hào)。信號(hào)的閾值穿越時(shí)間由a形成直方圖允許測(cè)量抖動(dòng)。抖動(dòng)概率密度的近似值函數(shù)（PDF）是從直方圖中導(dǎo)出的，可以檢查直方圖來(lái)表征抖動(dòng)。

實(shí)時(shí)采樣示波器可用于測(cè)試子系統(tǒng)，電纜，設(shè)備或系統(tǒng)以高速通信（即3.125Gbits/s，當(dāng)前最高可能通過銅傳輸數(shù)據(jù)的速度）。這些類型的示波器可測(cè)量任何時(shí)鐘的抖動(dòng)信號(hào)，不僅僅是通信中使用的信號(hào)。

要在當(dāng)今世界中以高比特率測(cè)量抖動(dòng)，采樣示波器是最好的由于其高帶寬采樣而選擇。它們需要重復(fù)的PRBS信號(hào)由于它們的低采樣率（150ksamples/s或更低）來(lái)生成眼圖構(gòu)建抖動(dòng)圖。

示波器

相位噪聲

相位噪聲是晶振信號(hào)周圍的噪聲頻譜的頻域視圖。它是由時(shí)域引起的波的相位的快速，短期，隨機(jī)波動(dòng)不穩(wěn)定性。

正弦波可以表示為：

V（t）=Vpsin（2πf0t）

哪里：

Vp是峰值幅度

f0是標(biāo)稱頻率

是時(shí)候了

圖7中的正弦波形具有Vp=2.5V，標(biāo)稱頻率為1MHz;導(dǎo)致V（t）=2.5sin（2π1x106T）

圖8顯示了與上述相同的正弦信號(hào)，并增加了相位噪聲，φ（t）=2πsin（1.5πf0t）/15是噪聲的主要來(lái)源。對(duì)數(shù)字和電信而言應(yīng)用最受關(guān)注的一個(gè)。

相位噪聲φ（t）可以定義為對(duì)時(shí)序變化的測(cè)量信號(hào)。盡管如此，結(jié)果顯示在頻域L（f）。結(jié)果，在圖9是不需要的頻率下的噪聲功率與總響應(yīng)之間的關(guān)系功率，分布在1Hz帶寬內(nèi)。振蕩器的完整功率將是如果相位噪聲等于零，則以f=fo為中心。請(qǐng)記住，相位噪聲會(huì)擴(kuò)散一些LVDS晶振的功率對(duì)相鄰頻率的影響導(dǎo)致邊帶。

圖9-振蕩器功率譜

相位噪聲在特定偏移處以dBc/Hz定義。相對(duì)于載波的dB水平是以dBc給出。在任何給定的偏移處，振蕩器的相位噪聲可以從比率得出載波在偏移頻率下的1Hz帶寬內(nèi)的總功率。在圖9，功率譜曲線的總面積與矩形區(qū)域的比率在偏移fm處具有1Hz帶寬（大致是光譜高度的差異）center和atfm）是相位噪聲的表示。振蕩器的功率譜具有嘈雜的相位角是曲線的實(shí)際光譜。

圖10-相位波動(dòng)譜密度

LVDS輸出晶振的功率譜如圖9所示。噪聲相角項(xiàng)，稱為相位波動(dòng)的譜密度，如圖10所示在圖10中，相位變化的譜密度的測(cè)量與相同對(duì)于偏移很遠(yuǎn)，從圖9中的功率譜測(cè)量的相位噪聲（dBc/Hz）來(lái)自承運(yùn)人。

在圖11中，使用恒溫晶體振蕩器（OCXO）作為參考時(shí)鐘與VCXO相反，輸出相對(duì)接近的理想正弦波。另一個(gè)是VCXO方（DUT）。允許在頻率上進(jìn)行明確的比較，對(duì)控制進(jìn)行微小的改變VCXO的電壓，OCXO和VCXO的頻率應(yīng)非常接近。該混頻器的輸出計(jì)算兩個(gè)信號(hào)保持之間的小相位偏差。

粗略地說，振蕩器之間有90°的相移。φ（t）是信號(hào)的測(cè)量值經(jīng)過放大器和低通濾波器后從混頻器中出來(lái)。使用高分辨率頻譜分析儀，φ（t）的譜密度在頻域中顯示為Sφ（f）。

要繪制相位噪聲，請(qǐng)使用下面列出的公式對(duì)于φ<<1弧度，Sφ（f）=2L（f）為了繪制dBc/Hz，計(jì)算該等式的基數(shù)10對(duì)數(shù)輸出。對(duì)于各種通信應(yīng)用，在頻率處指定相位噪聲以下僅針對(duì)這些頻率的噪聲，遠(yuǎn)離，載波是關(guān)注的。來(lái)自載波L（f）的赫茲，單位為dBc/Hz

10               -40

100              -70

1000             -100

10000            -120

該規(guī)范如圖12所示。

應(yīng)密切監(jiān)視噪聲基底的鎖相環(huán)（PLL）中的隨機(jī)抖動(dòng)，VCO，石英振蕩器和其他時(shí)鐘信號(hào)。分析相位噪聲非常有用設(shè)計(jì)階段或檢查本底噪聲時(shí)的故障排除。對(duì)于這種類型分析，頻域相位測(cè)量系統(tǒng)至關(guān)重要。除了以外的技術(shù)光譜評(píng)估不提供對(duì)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)特性的詳細(xì)了解。低水平檢查的局限性是分析200MHz以下的抖動(dòng)分量低于幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的總帶寬。因此，對(duì)于帶寬以上需要200MHz其他用于分析抖動(dòng)的工具。可以找到將單邊帶（SSB）相位噪聲轉(zhuǎn)換為抖動(dòng)的簡(jiǎn)單工具。

相位抖動(dòng)-相位噪聲積分

指定頻率范圍的總噪聲功率比形狀更重要曲線（如圖12所示），特別是在通信應(yīng)用中。去完成這必須在頻域中檢查時(shí)域信號(hào)。之后，它是在時(shí)域中重新組合成除去不需要的均方根（rms）值頻率。φ（t）的均方根值，以dB，弧度，單位間隔或秒表示通過在指定帶寬上將L（f）改回Sφ（f）來(lái)獲得。噪音的一部分所討論的帶寬是相位抖動(dòng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，相當(dāng)于相位抖動(dòng)以秒為單位的值。這由曲線下面積從500Hz到10KHz表示圖13。

整合的極限是：

最小頻率=500Hz

最大頻率=10KHz

積分下的總面積=2.63264E-09

φrms（弧度）=5.13093E-05

trms（s）=5.25085E-14

圖13-相位噪聲積分-帶寬500至10KHz

注意帶寬對(duì)φrms的相當(dāng)大的影響。如果擴(kuò)展帶寬10Hz至10KHz，如圖14所示，trms大約80倍。整合的極限是：

最低頻率=10Hz

最大頻率=10KHz

積分下的總面積=1.70512E-05

φrms（弧度）=0.004129311

trms（s）=4.22583E-12

圖14-與圖13相同的圖表-帶寬變?yōu)?/span>10到10KHz將相位噪聲轉(zhuǎn)換為抖動(dòng)噪聲測(cè)量可用于提取抖動(dòng)，因?yàn)閮烧叨急硎鞠嗤漠惓！?/span>

在以下示例中，振蕩器噪聲圖（圖H）從12KHz擴(kuò)展到10MHz。功率譜密度函數(shù)（dBc）是由邊界噪聲傳播給出的L（f）圖。由于相位噪聲（調(diào)制）的相關(guān)水平由抖動(dòng)反映，因此載波的功率水平并不重要。整合L（f）的結(jié)果指定帶寬，12KHz至10MHz，是邊帶的總噪聲功率。

帶。以下是使用12KHz和10MHz作為限制的L（f）的積分。

N=噪聲功率=∫L（f）df

噪聲功率引起的RMS抖動(dòng)可以使用以下等式計(jì)算：

RMS相位抖動(dòng)（弧度）=SQR（10N/10*2）

結(jié)果可以用單位間隔（UI）或時(shí)間表示。劃分上述結(jié)果以弧度表示的載波頻率的等式返回一個(gè)時(shí)間值（秒）。

RMSJitter（秒）=抖動(dòng)（弧度）/（2*π*fosc）

例如，可以使用。計(jì)算312.5-MHz振蕩器的RMS抖動(dòng)值圖15中繪制了噪聲功率值。將12kHz至20MHz間隔的相位噪聲曲線積分得到-63dBc的數(shù)字：

N=噪聲功率=∫L（f）df=-63dBc

因此，以弧度表示的RMS相位抖動(dòng)值為：

RMS相位抖動(dòng)（弧度）=SQR（10N/10*2）=1415e-6弧度

這個(gè)以弧度為單位的抖動(dòng)值可以以皮秒為單位轉(zhuǎn)換為RMS抖動(dòng)：

RMSJitter=1415e-6/（2*π*106）=0.72ps（rms）

目前有許多OCXO晶振，VCXO振蕩器，MEMS晶振等系列，都匹配了LVDS或LV-PECL這兩種輸出，除了本身自帶的功能和性能之外，還可以輸出差分信號(hào)。這種晶振一般都是應(yīng)用在極其高端的產(chǎn)品身上，穩(wěn)定性和可靠性高，應(yīng)用在任何產(chǎn)品身上，可以發(fā)揮也優(yōu)越的效果。