　　高速通信和測量系統(tǒng)的不斷進(jìn)步需要系統(tǒng)時(shí)鐘和參考的更高性能水平.過去可接受的性能可能不足以支持高速同步設(shè)備.也許最重要和最不被理解的晶體振蕩器性能測量是抖動.抖動測量的主要挑戰(zhàn)之一是目前尚未建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法.從使用的測試設(shè)備到實(shí)際測試條件,需要考慮多個(gè)變量.雖然JEDEC標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)提供了定義和建議的測試條件,但不同測試人員的測量之間缺乏一致性.

在這篇文章中,我們將描述測量抖動的各種實(shí)用方法,包括每種方法的相關(guān)性和簡易性.這些測試方法是所有抖動測量的基礎(chǔ).

　　對于所有形式的抖動測試,有三個(gè)組件保持一致：被測器件（DUT）,參考振蕩器和電源.以前我們已經(jīng)討論了清潔電源如何進(jìn)行精確測試,但參考振蕩器是測試設(shè)置的重要組成部分,因?yàn)闇y量DUT的設(shè)備需要比DUT具有更好的本底噪聲.否則,DUT的性能將因設(shè)備的噪聲而降低.

　　標(biāo)準(zhǔn)測量設(shè)備（示波器,計(jì)數(shù)器,信號源分析儀）包含內(nèi)部TCXO/OCXO,對于大多數(shù)定時(shí)設(shè)備而言,這些設(shè)備就足夠了，測試設(shè)備使用低相位噪聲OCXO,鎖定到外部10MHz銣鐘,然后鎖定到GPS接收器.

時(shí)域抖動測量

　　示波器是用于時(shí)域抖動測量的主要設(shè)備.示波器可以輕松查看波形和脈沖,并且被認(rèn)為是任何時(shí)間和頻率實(shí)驗(yàn)室必不可少的.雖然有許多供應(yīng)商可以提供抖動測量測試數(shù)據(jù)包,但通常需要額外付費(fèi).高速（1GHz+）且具有高采樣帶寬（10GS/s+）的示波器應(yīng)足以收集所需數(shù)據(jù).我們還需要回顧一下,時(shí)域抖動測量（特別是周期和周期到周期）是隨機(jī)的,并用多個(gè)樣本的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示.JEDEC標(biāo)準(zhǔn)65要求至少1000個(gè)樣品,但大多數(shù)應(yīng)用最喜歡10,000個(gè)樣品.

周期抖動

　　雖然周期抖動的官方定義是測量時(shí)鐘周期與理想周期之間的差異,但在實(shí)際應(yīng)用中,通常很難量化理想周期.如果我們使用示波器觀察振蕩器設(shè)置為125MHz的輸出,則平均測量時(shí)鐘周期可能為7.996nS而不是8nS.因此,將平均觀察時(shí)段視為理想時(shí)段更為實(shí)際,并且是時(shí)序設(shè)備制造商的常見做法.測量周期抖動的標(biāo)準(zhǔn)程序包括隨機(jī)測量一個(gè)時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間10,000次,并使用記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值,標(biāo)準(zhǔn)偏差和峰峰值.由于周期抖動的隨機(jī)性,峰峰值可能會有很大差異,

　　以下是在WavecrestSIA-3300C信號完整性分析儀上測量的200MHzXO周期抖動的示例.該分析儀平臺設(shè)置為一次測量30,000個(gè)樣品,并執(zhí)行三次以獲得平均峰-峰值.

周期間抖動

　　測量周期間抖動與測量周期抖動非常相似,但需要額外增加一步.測量周期間抖動的標(biāo)準(zhǔn)程序包括隨機(jī)測量兩個(gè)時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間10,000次,并取兩者之間的絕對差值.記錄的數(shù)據(jù)用于計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值,峰值只是觀察到的周期中的最大差異.與周期抖動一樣,峰峰值可能會發(fā)生很大變化,并且通常需要多次重新計(jì)算周期間抖動以得出平均值.一些數(shù)字示波器具有直方圖功能,這簡化了大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算.

　　下面是在LecroyWaverunner610ZI數(shù)字示波器上測量50MHzXO的周期間抖動示例.在這種情況下,分配給P8并標(biāo)記為“dper”的抖動測量工具用于計(jì)算周期間抖動.該分析儀平臺設(shè)置為一次測量30,000個(gè)樣品,并執(zhí)行三次以獲得平均峰-峰值.

　　僅使用振蕩器測量TIE抖動非常困難.通常,需要直方圖來繪制測量值與測量發(fā)生頻率的關(guān)系.用于TIE測量的抖動直方圖的示例如下所示.在這種情況下,連續(xù)變量被映射到500個(gè)箱,并且數(shù)據(jù)集的總?cè)丝谑?,200,000.TIE的平均值理論上為零,并且從該測量中可以看出,平均值是0nsec.對于該圖,分布近似為高斯分布,標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.3psec.

頻域抖動測量

　　盡管時(shí)域測量主要由示波器處理,但頻域測量主要由信號源分析儀（SSA）處理.大多數(shù)SSA具有非常低的本底噪聲（-180dBc/Hz）,并具有集成的互相關(guān)技術(shù),可進(jìn)一步降低測試系統(tǒng)噪聲.互相關(guān)通過取兩個(gè)獨(dú)立測量通道的測量結(jié)果的矢量和來基本上消除噪聲.

　　為了測量相位噪聲,使用AgilentE5052B.5052B包括兩個(gè)獨(dú)立的PLL路徑,兩個(gè)內(nèi)置參考源彼此不相關(guān)（還有一個(gè)外部參考源選項(xiàng)）.如果兩個(gè)信號不相關(guān),則它們的矢量和,即通過矢量平均得到的參考源的總噪聲功率,通過消除來自其內(nèi)部參考源和其他相關(guān)電路的噪聲來降低系統(tǒng)本底噪聲,同時(shí)來自DUT的噪聲信號強(qiáng)調(diào).這允許快速且用戶友好的測試,主要缺點(diǎn)是一次只能測試一個(gè)設(shè)備.E5052B還可以計(jì)算所需范圍內(nèi)的積分噪聲（參見下面的示例,測量范圍為12kHz至5MHz）,并計(jì)算積分相位抖動.

　　如果沒有可以自行計(jì)算抖動的信號源/頻譜分析儀,任何具有適當(dāng)本底噪聲的分析儀都可以使用以下公式計(jì)算頻域相位抖動和積分周期抖動：

RMS噪聲（弧度）

RMS噪聲（度）

集成周期抖動（秒）

　　例如,這些公式用于上面顯示的相同部分,并且僅使用數(shù)據(jù)點(diǎn)4-7,與E5052B的結(jié)果相比,我們能夠計(jì)算出10.0468度的RMS相位抖動和178.611fs的積分周期抖動.10.1156度和179.834fs.還有一些免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)工具可以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)計(jì)算這些值.Vectron過去曾使用JitterLabs應(yīng)用程序來確認(rèn)測試設(shè)置的測量結(jié)果.

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