　　高速通信和測量系統的不斷進步需要系統時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之一是目前尚未建立行業標準方法.從使用的測試設備到實際測試條件,需要考慮多個變量.雖然JEDEC標準確實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用方法,包括每種方法的相關性和簡易性.這些測試方法是所有抖動測量的基礎.

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

　　標準測量設備（示波器,計數器,信號源分析儀）包含內部TCXO/OCXO,對于大多數定時設備而言,這些設備就足夠了，測試設備使用低相位噪聲OCXO,鎖定到外部10MHz銣鐘,然后鎖定到GPS接收器.

時域抖動測量

　　示波器是用于時域抖動測量的主要設備.示波器可以輕松查看波形和脈沖,并且被認為是任何時間和頻率實驗室必不可少的.雖然有許多供應商可以提供抖動測量測試數據包,但通常需要額外付費.高速（1GHz+）且具有高采樣帶寬（10GS/s+）的示波器應足以收集所需數據.我們還需要回顧一下,時域抖動測量（特別是周期和周期到周期）是隨機的,并用多個樣本的平均值和標準差表示.JEDEC標準65要求至少1000個樣品,但大多數應用最喜歡10,000個樣品.

周期抖動

　　雖然周期抖動的官方定義是測量時鐘周期與理想周期之間的差異,但在實際應用中,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置為125MHz的輸出,則平均測量時鐘周期可能為7.996nS而不是8nS.因此,將平均觀察時段視為理想時段更為實際,并且是時序設備制造商的常見做法.測量周期抖動的標準程序包括隨機測量一個時鐘周期的持續時間10,000次,并使用記錄的數據計算平均值,標準偏差和峰峰值.由于周期抖動的隨機性,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.該分析儀平臺設置為一次測量30,000個樣品,并執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準程序包括隨機測量兩個時鐘周期的持續時間10,000次,并取兩者之間的絕對差值.記錄的數據用于計算平均值和標準偏差值,峰值只是觀察到的周期中的最大差異.與周期抖動一樣,峰峰值可能會發生很大變化,并且通常需要多次重新計算周期間抖動以得出平均值.一些數字示波器具有直方圖功能,這簡化了大量的數學運算.

　　下面是在LecroyWaverunner610ZI數字示波器上測量50MHzXO的周期間抖動示例.在這種情況下,分配給P8并標記為“dper”的抖動測量工具用于計算周期間抖動.該分析儀平臺設置為一次測量30,000個樣品,并執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生頻率的關系.用于TIE測量的抖動直方圖的示例如下所示.在這種情況下,連續變量被映射到500個箱,并且數據集的總人口是3,200,000.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,標準偏差為1.3psec.

頻域抖動測量

　　盡管時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SSA具有非常低的本底噪聲（-180dBc/Hz）,并具有集成的互相關技術,可進一步降低測試系統噪聲.互相關通過取兩個獨立測量通道的測量結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包括兩個獨立的PLL路徑,兩個內置參考源彼此不相關（還有一個外部參考源選項）.如果兩個信號不相關,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,通過消除來自其內部參考源和其他相關電路的噪聲來降低系統本底噪聲,同時來自DUT的噪聲信號強調.這允許快速且用戶友好的測試,主要缺點是一次只能測試一個設備.E5052B還可以計算所需范圍內的積分噪聲（參見下面的示例,測量范圍為12kHz至5MHz）,并計算積分相位抖動.

　　如果沒有可以自行計算抖動的信號源/頻譜分析儀,任何具有適當本底噪聲的分析儀都可以使用以下公式計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,并且僅使用數據點4-7,與E5052B的結果相比,我們能夠計算出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.還有一些免費的網絡工具可以根據輸入數據計算這些值.Vectron過去曾使用JitterLabs應用程序來確認測試設置的測量結果.

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