石英晶振廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)等各種電子設(shè)備，隨著各方面技術(shù)的不斷發(fā)展，頻率源的品質(zhì)已成為各種電子系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。研制高穩(wěn)定石英晶體振蕩器，提高相位噪聲指標(biāo)、減少抖動(dòng)對(duì)整體性能的影響，已經(jīng)成為刻不容緩的任務(wù)。同時(shí)隨著頻率合成技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)晶體振蕩器參考源的要求也越來越高，研究頻率源信號(hào)的相位抖動(dòng)和相位噪聲，從根本上改善頻率源的性能，對(duì)于這一學(xué)科的理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用都具有重要的意義。

  定義和分析頻率源中不同的抖動(dòng)類型以及相應(yīng)的測(cè)試設(shè)置和后續(xù)分析方法。

定義

  抖動(dòng)包括數(shù)字信號(hào)的有效瞬間與其理想位置在時(shí)間上的短期變化。" 

  數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中的上升沿和下降沿永遠(yuǎn)不會(huì)在精確的期望定時(shí)出現(xiàn)。定義和測(cè)量這種邊沿的精確定時(shí)關(guān)系到并影響同步通信系統(tǒng)的性能。

圖1

  晶振給定信號(hào)的邊緣位移是光譜和功率含量的結(jié)果噪聲..由于頻域上的非均勻噪聲，這些邊緣可能隨時(shí)間隨機(jī)變化。(因此；由100hz偏移處的噪聲引起的抖動(dòng)可能大于或小于100hz偏移處的噪聲)?；诓煌臏y(cè)量技術(shù)或評(píng)估的帶寬，時(shí)鐘抖動(dòng)的頻譜內(nèi)容可能會(huì)有很大的不同。

抖動(dòng)引起的系統(tǒng)中斷

  網(wǎng)絡(luò)貼片晶振元件中的時(shí)鐘恢復(fù)機(jī)制用于使用恢復(fù)的位時(shí)鐘來采樣數(shù)字信號(hào)。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)比特誤差。(這種情況將應(yīng)用于低頻抖動(dòng)，其中恢復(fù)時(shí)鐘機(jī)制可以跟隨數(shù)字信號(hào)相位變化；在較高頻率抖動(dòng)變化時(shí)，>0.5ui將導(dǎo)致不準(zhǔn)確的采樣和寶貴數(shù)據(jù)的丟失。) .

測(cè)量抖動(dòng)

  有三種儀器被用來測(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)的儀器類型取決于應(yīng)用、電/光、數(shù)據(jù)通信或電信以及比特率(見下圖)?？赡苄枰@些儀器的混合來精確跟蹤與抖動(dòng)相關(guān)的有源晶振問題。最常見的方法是從BER測(cè)試儀開始。為了進(jìn)一步隔離問題，使用抖動(dòng)分析儀或示波器進(jìn)行額外測(cè)試。除了量化抖動(dòng)之外，測(cè)量還應(yīng)幫助設(shè)計(jì)者調(diào)查問題的根本原因和根源，以有效消除抖動(dòng)。

數(shù)據(jù)速率(千兆比特/秒)

圖2

  在抖動(dòng)測(cè)量之前，我們必須首先了解溫補(bǔ)晶振抖動(dòng)的類型及其來源。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被分為周期性抖動(dòng)( Pj )和數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)(DDj)，后者由占空比失真(DCD)和符號(hào)間干擾(ISI)組成。所有單獨(dú)抖動(dòng)分量的積分導(dǎo)致總抖動(dòng)(Tj)。它包括所有確定性和隨機(jī)成分的貢獻(xiàn)(見下圖)。

圖3

  確定性抖動(dòng)( Dj )有特定的原因，并且是可預(yù)測(cè)的和一致的。它有一個(gè)總是有界的非高斯振幅分布，這可以用它的峰峰值來表征。它來自系統(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)是交叉耦合或EMI (交流電源線、射頻信號(hào)源等)導(dǎo)致的周期性抖動(dòng)。)來自開關(guān)電源。后者被稱為不相關(guān)的周期性抖動(dòng)，耦合到數(shù)據(jù)或系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)中。相關(guān)的周期性石英晶振抖動(dòng)是來自相同頻率的時(shí)鐘的相鄰數(shù)據(jù)信號(hào)的耦合。它由測(cè)量的頻率和幅度指定為峰對(duì)峰數(shù)。

圖4

  pj可以用示波器量化。在時(shí)鐘的上升沿激活，并在顯示器上移動(dòng)，直到時(shí)鐘的另一上升沿被顯示。Pj是示波器上顯示的上升沿的波段。

圖5