如今我國各項科技領域正在飛速發展當中，產品越做越高端和精密，采用的電子元器件要求也更高，石英晶體振蕩器是比普通諧振器性能更優越的頻率元件。一些重點國家工程如軍用設備，人造衛星，載人航天工具，超級計算機等，除了OSC系列，還會應用恒溫晶振，差分晶振，壓控晶振等一類擁有低相位抖動特性的振蕩器。那么什么是抖動？MtronPTI晶振公司是如何測量抖動的呢？

抖動的定義：

155.52 MHz的理想時鐘信號在一個完整周期內的周期為6430皮秒。連續循環的“噪音免費的“波形將精確測量6430皮秒。噪聲元素將導致時鐘周期從6430 pS變化被稱為抖動。抖動由確定性（來自電源噪聲等特定原因）和隨機內容組成。該可以使用高斯分布統計來表征抖動的隨機部分。例如，連續三百個僅包含隨機抖動元素的155.52 MHz晶振周期的測量結果將顯示為高斯分布分布（有一個峰值）。正負一個標準差將包含所有周期測量數據點的68.26％：

+/-2西格瑪將包含所有測量值的95.4％。

+/-3西格瑪將包含99.73％。

+/-4 sigma將包含99.99366％

+/-7西格瑪將包含（100-1exp-12）％的所有測量值。

具有較大標準偏差的高斯分布將具有更寬的尾部，與平均值相比更多的周期測量（越來越小）。從最小周期測量到最大周期測量的距離稱為峰峰值抖動電平，以皮秒為單位。峰-峰值取決于樣本大小。更大的樣本測量相同的待測單元將產生更大的峰-峰值。標準偏差（1-sigma）的使用僅在純高斯中有效分布。如果分布中存在任何確定性抖動（具有如下所述的特定原因），則使用1-sigma基于用于估計發生概率的整個抖動直方圖是無效的。如果信號中存在確定性抖動，那么周期測量的直方圖將包括多個峰值。它可能是抖動的主要貢獻者，例如電源紋波調制時鐘以產生多個峰值。或者，有源晶振信號可能包含許多次諧波功率。總抖動是隨機抖動與確定性抖動交互的組合。

抖動的來源

隨機抖動來自許多來源。半導體石英晶體結構的熱振動導致遷移率變化在材料的瞬時溫度。隨機抖動的另一個來源是由于瑕疵造成的不完美半導體工藝變化，例如非均勻摻雜密度。多個隨機抖動源以RMS方式添加，但是a將隨機抖動添加到確定性抖動以獲得峰值到峰值的總抖動時，需要峰峰值。確定性抖動由可識別的干擾信號產生。它總是以振幅為界，具有特定的原因（不是隨機）。確定性抖動可以通過相鄰信號跡線之間的串擾產生。增量時會發生這種情況來自一個導體的電感將來自相鄰信號線的感應磁場轉換成感應電流。這誘導了電流增加或減少電壓，從而引起抖動。

EMI輻射可能導致確定性抖動。敏感的信號路徑會受到來自EMI源的磁場的影響。EMI源包括電源，AC電源線和RF信號源。與串擾一樣，在定時信號上感應出噪聲電流路徑，從而調制定時信號電壓電平。

確定性抖動可以由多層襯底的功率層中的噪聲產生。這種噪聲可以改變閾值電壓邏輯門。或者，在閾值電壓下接地參考的變化將導致改變所需的電壓以切換柵極。當多個門同時切換到相同的邏輯狀態時，可能會出現確定性抖動。可以誘導電流尖峰電源和接地層，為閾值電壓電平轉換創造了另一個機會。

MTRONPTI如何測量抖動

MtronPTI晶振使用Wavecrest的時間測量系統，相位噪聲系統和數字示波器來測量時域和時域頻域抖動。雖然本教程將簡要討論測量技術，但Wavecrest已經編寫了許多文章關于使用其設備進行抖動測量的基本原理的應用筆記。

兩個特別的應用筆記包括：

DTS測量技術（入門）

抖動分析（入門）。

DTS測量兩個事件之間的時間。在內部，許多時間測量（樣本）被編譯成直方圖（圖1正好在下面）。可以在前面板上查看基本統計數據，如樣本大小，平均值，峰峰值和1-sigma。這個數據振蕩器輸出信號可通過GPIB傳送到Wavecrest Virtual Instruments軟件，API軟件或用戶定制的軟件。來自數百或數千個直方圖的數據可以編譯成圖，突出顯示更多信息輸出信號質量。抖動累積的具體值，如抖動頻率和功率，以及確定性和確定性的大小隨機抖動可以在這些圖中顯示。

石英晶體振蕩器抖動圖1

DTS測量兩個事件之間的時間，即閾值交叉。數字采樣示波器測量電壓關于相對于觸發器的時間。基于事件的測量允許DTS確定實際邊緣位置在800以內femto-seconds（DTS的硬件分辨率）。采樣范圍在采樣點之間插入數據以確定采樣點的時間門檻。由于示波器取決于觸發信號的使用，因此該波形上的任何抖動都可能會掩蓋a抖動貢獻者。來自業界領先供應商的一個特定數字示波器列出了1.5pS作為其均方根抖動誤差測量設置。DTS使用事件的異步隨機采樣來建立事件的有效統計分布倍。它每21uS到25uS采集樣本，與DUT工作頻率無關。通過隨機化獲取時間，沒有機會屏蔽出與采樣率匹配的抖動信號。

1 Sigma周期從4個貼片振蕩器IC循環抖動數據使用Wavecrest DTS-2075測量

石英晶體振蕩器抖動圖2

DTS測量系統包括許多軟件工具，以增強人們對波形特征的理解。抖動分析工具允許用戶查看抖動調制。例如，用戶可以分別測量數百或數千個直方圖由300個波形周期的樣本測量組成。所有這些樣本組的標準差可以是繪制以顯示指定時間段內的累積抖動（圖2直接在上面描繪）。其他石英振蕩器關鍵波形可以以這種方式檢查諸如上升時間，下降時間，傳播延遲和頻率之類的參數。

時域數據可以通過FFT連接到頻域，以確定貼片晶振頻率和幅度抖動組件。Wavecrest也提供超出本討論范圍的高級軟件工具。尾巴TM值算法使用戶能夠分析多模態分布（多個峰值）。在非高斯分布中，高斯分布當可以計算這些尾部的等效1-sigma時，假設適用于尾部（最左邊和右邊區域）區域。以這種方式尾巴適合TM允許計算非高斯分布的邊遠測量的概率發生分布。

因此，對于給定波形的峰峰值抖動的預測可以在十億個周期后近似（非常高的置信度）無需等待十億個信號周期即可完成上電。另一個高級軟件功能涉及在用戶指定頻率帶寬時計算集成抖動SONET范圍為12KHz至20MHz。根據設置中指定的貼片有源晶振樣品測量數量，集成抖動測試每個單元需要0.5到1.5分鐘。