部分石英晶體振蕩器具有低抖動(dòng)和低相噪特性，一般都是壓控晶體振蕩器，恒溫振蕩器和差分晶振這幾種頻率元件擁有，可用于有高要求的產(chǎn)品身上，美國(guó)Vectron晶振公司，擅長(zhǎng)研發(fā)和生產(chǎn)這種低抖動(dòng)晶振，并且品質(zhì)和口碑業(yè)界有目共睹。Vectron分享了關(guān)于有源晶體的抖動(dòng)值測(cè)量的幾大方法以及測(cè)量的設(shè)備。

  對(duì)于所有形式的抖動(dòng)測(cè)試，有三個(gè)組件保持一致：被測(cè)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（在我們的PSR帖子中）如何進(jìn)行精確測(cè)試，但參考振蕩器是測(cè)試設(shè)置的重要組成部分，因?yàn)闇y(cè)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(cè)量設(shè)備（示波器，計(jì)數(shù)器，信號(hào)源分析儀）包含內(nèi)部TCXO晶振/OCXO晶振，對(duì)于大多數(shù)定時(shí)設(shè)備而言，這些設(shè)備就足夠了。Vectron的測(cè)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(dòng)測(cè)量

  示波器是用于時(shí)域抖動(dòng)測(cè)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(dòng)測(cè)量測(cè)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(dòng)測(cè)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(dòng)

  雖然周期抖動(dòng)的官方定義是測(cè)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石英晶體振蕩器設(shè)置為125MHz的輸出，則平均測(cè)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(jiàn)做法。測(cè)量周期抖動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)程序包括隨機(jī)測(cè)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(dòng)的隨機(jī)性，峰峰值可能會(huì)有很大差異，

  以下是在Wavecrest SIA-3300C信號(hào)完整性分析儀上測(cè)量的200MHz XO周期抖動(dòng)的示例。該分析儀平臺(tái)設(shè)置為一次測(cè)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(dòng)

  測(cè)量周期間抖動(dòng)與測(cè)量周期抖動(dòng)非常相似，但需要額外增加一步。測(cè)量周期間抖動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)程序包括隨機(jī)測(cè)量?jī)蓚€(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(duì)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(dòng)一樣，峰峰值可能會(huì)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(dòng)以得出平均值。一些數(shù)字示波器具有直方圖功能，這簡(jiǎn)化了大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

  下面是在Lecroy Waverunner 610ZI數(shù)字示波器上測(cè)量50MHz XO的周期間抖動(dòng)示例。在這種情況下，分配給P8并標(biāo)記為“dper”的抖動(dòng)測(cè)量工具用于計(jì)算周期間抖動(dòng)。該分析儀平臺(tái)設(shè)置為一次測(cè)量30,000個(gè)樣品，并執(zhí)行三次以獲得平均峰-峰值。

  僅使用有源晶振測(cè)量TIE抖動(dòng)非常困難。通常，需要直方圖來(lái)繪制測(cè)量值與測(cè)量發(fā)生頻率的關(guān)系。用于TIE測(cè)量的抖動(dòng)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?/span>3,200,000。TIE的平均值理論上為零，并且從該測(cè)量中可以看出，平均值是0nsec。對(duì)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(dòng)測(cè)量

  盡管時(shí)域測(cè)量主要由示波器處理，但頻域測(cè)量主要由信號(hào)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(cè)試系統(tǒng)噪聲。互相關(guān)通過(guò)取兩個(gè)獨(dú)立測(cè)量通道的測(cè)量結(jié)果的矢量和來(lái)基本上消除噪聲。

  為了測(cè)量相位噪聲，維管晶振更喜歡使用Agilent E5052B。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(hào)不相關(guān)，則它們的矢量和，即通過(guò)矢量平均得到的參考源的總噪聲功率，通過(guò)消除來(lái)自其內(nèi)部參考源和其他相關(guān)電路的噪聲來(lái)降低系統(tǒng)本底噪聲，同時(shí)來(lái)自DUT的噪聲信號(hào)強(qiáng)調(diào)。這允許快速且用戶友好的測(cè)試，主要缺點(diǎn)是一次只能測(cè)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(jiàn)下面的示例，測(cè)量范圍為12kHz至5MHz），并計(jì)算積分相位抖動(dòng)。

  如果沒(méi)有可以自行計(jì)算抖動(dòng)的信號(hào)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)算恒溫晶振頻域相位抖動(dòng)和積分周期抖動(dòng)：

RMS噪聲（弧度）

RMS噪聲（度）

集成周期抖動(dòng)（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(dòng)和178.611fs的積分周期抖動(dòng)。 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(guò)去曾使用Jitter Labs應(yīng)用程序來(lái)確認(rèn)測(cè)試設(shè)置的測(cè)量結(jié)果。

  通過(guò)以上的方法，設(shè)備和公式就可以測(cè)出相關(guān)晶振的抖動(dòng)值，晶體振蕩器的抖動(dòng)性能是比較重要的的，屬于高級(jí)的性能，通常擁有低抖動(dòng)性能的石英晶振都是用在基站平臺(tái)，人造衛(wèi)星，GPS/北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，無(wú)線模塊，軍工設(shè)備這些特別高端的產(chǎn)品身上。因此計(jì)算和測(cè)量振蕩器的抖動(dòng)值很重要，國(guó)外的晶振廠家，如美國(guó)的Vectron公司，就會(huì)在出廠前進(jìn)行抖動(dòng)值測(cè)量，合格才會(huì)交到客戶手中。