　　高速通信和测量系统的不断进步需要系统时钟和参考的更高性能水平.过去可接受的性能可能不足以支持高速同步设备.也许最重要和最不被理解的晶体振荡器性能测量是抖动.抖动测量的主要挑战之一是目前尚未建立行业标准方法.从使用的测试设备到实际测试条件,需要考虑多个变量.虽然JEDEC标准确实提供了定义和建议的测试条件,但不同测试人员的测量之间缺乏一致性.

在这篇文章中,我们将描述测量抖动的各种实用方法,包括每种方法的相关性和简易性.这些测试方法是所有抖动测量的基础.

　　对于所有形式的抖动测试,有三个组件保持一致：被测器件（DUT）,参考振荡器和电源.以前我们已经讨论了清洁电源如何进行精确测试,但参考振荡器是测试设置的重要组成部分,因为测量DUT的设备需要比DUT具有更好的本底噪声.否则,DUT的性能将因设备的噪声而降低.

　　标准测量设备（示波器,计数器,信号源分析仪）包含内部TCXO/OCXO,对于大多数定时设备而言,这些设备就足够了，测试设备使用低相位噪声OCXO,锁定到外部10MHz铷钟,然后锁定到GPS接收器.

时域抖动测量

　　示波器是用于时域抖动测量的主要设备.示波器可以轻松查看波形和脉冲,并且被认为是任何时间和频率实验室必不可少的.虽然有许多供应商可以提供抖动测量测试数据包,但通常需要额外付费.高速（1GHz+）且具有高采样带宽（10GS/s+）的示波器应足以收集所需数据.我们还需要回顾一下,时域抖动测量（特别是周期和周期到周期）是随机的,并用多个样本的平均值和标准差表示.JEDEC标准65要求至少1000个样品,但大多数应用最喜欢10,000个样品.

周期抖动

　　虽然周期抖动的官方定义是测量时钟周期与理想周期之间的差异,但在实际应用中,通常很难量化理想周期.如果我们使用示波器观察振荡器设置为125MHz的输出,则平均测量时钟周期可能为7.996nS而不是8nS.因此,将平均观察时段视为理想时段更为实际,并且是时序设备制造商的常见做法.测量周期抖动的标准程序包括随机测量一个时钟周期的持续时间10,000次,并使用记录的数据计算平均值,标准偏差和峰峰值.由于周期抖动的随机性,峰峰值可能会有很大差异,

　　以下是在WavecrestSIA-3300C信号完整性分析仪上测量的200MHzXO周期抖动的示例.该分析仪平台设置为一次测量30,000个样品,并执行三次以获得平均峰-峰值.

周期间抖动

　　测量周期间抖动与测量周期抖动非常相似,但需要额外增加一步.测量周期间抖动的标准程序包括随机测量两个时钟周期的持续时间10,000次,并取两者之间的绝对差值.记录的数据用于计算平均值和标准偏差值,峰值只是观察到的周期中的最大差异.与周期抖动一样,峰峰值可能会发生很大变化,并且通常需要多次重新计算周期间抖动以得出平均值.一些数字示波器具有直方图功能,这简化了大量的数学运算.

　　下面是在LecroyWaverunner610ZI数字示波器上测量50MHzXO的周期间抖动示例.在这种情况下,分配给P8并标记为“dper”的抖动测量工具用于计算周期间抖动.该分析仪平台设置为一次测量30,000个样品,并执行三次以获得平均峰-峰值.

　　仅使用振荡器测量TIE抖动非常困难.通常,需要直方图来绘制测量值与测量发生频率的关系.用于TIE测量的抖动直方图的示例如下所示.在这种情况下,连续变量被映射到500个箱,并且数据集的总人口是3,200,000.TIE的平均值理论上为零,并且从该测量中可以看出,平均值是0nsec.对于该图,分布近似为高斯分布,标准偏差为1.3psec.

频域抖动测量

　　尽管时域测量主要由示波器处理,但频域测量主要由信号源分析仪（SSA）处理.大多数SSA具有非常低的本底噪声（-180dBc/Hz）,并具有集成的互相关技术,可进一步降低测试系统噪声.互相关通过取两个独立测量通道的测量结果的矢量和来基本上消除噪声.

　　为了测量相位噪声,使用AgilentE5052B.5052B包括两个独立的PLL路径,两个内置参考源彼此不相关（还有一个外部参考源选项）.如果两个信号不相关,则它们的矢量和,即通过矢量平均得到的参考源的总噪声功率,通过消除来自其内部参考源和其他相关电路的噪声来降低系统本底噪声,同时来自DUT的噪声信号强调.这允许快速且用户友好的测试,主要缺点是一次只能测试一个设备.E5052B还可以计算所需范围内的积分噪声（参见下面的示例,测量范围为12kHz至5MHz）,并计算积分相位抖动.

　　如果没有可以自行计算抖动的信号源/频谱分析仪,任何具有适当本底噪声的分析仪都可以使用以下公式计算频域相位抖动和积分周期抖动：

RMS噪声（弧度）

RMS噪声（度）

集成周期抖动（秒）

　　例如,这些公式用于上面显示的相同部分,并且仅使用数据点4-7,与E5052B的结果相比,我们能够计算出10.0468度的RMS相位抖动和178.611fs的积分周期抖动.10.1156度和179.834fs.还有一些免费的网络工具可以根据输入数据计算这些值.Vectron过去曾使用JitterLabs应用程序来确认测试设置的测量结果.

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