相位噪聲和抖動都是描述振蕩器穩(wěn)定性的方法.相位噪聲描述頻率域的穩(wěn)定性,而抖動描述時間域的穩(wěn)定性.考慮SPXO晶體振蕩器穩(wěn)定性的域選擇通常取決于應用.從事雷達、基站設計等工作的射頻工程師.將對相位噪聲感興趣,因為較差的相位噪聲性能會影響上/下轉(zhuǎn)換和通道間距.在時分復用(現(xiàn)代電信基礎設施的主要部分)領域工作的數(shù)字工程師會對抖動感興趣,因為抖動性能差會導致網(wǎng)絡故障和過多的重發(fā)流量.
當指定噪聲性能時,測試必須給測量施加一些”邊界”.對于相位噪聲,這是“從–到”數(shù)字的簡單形式(例如,從10赫茲到1赫茲的相位噪聲).對于抖動測量,它稍微復雜一點.要指定抖動,需要指定采樣周期和帶寬.通常被遺忘的是”邊界”的一部分.

接下來要考慮的是用于測量的測試設備.相位噪聲的測量是通過將被測振蕩器正交鎖定在參考振蕩器上實現(xiàn)的,如圖1所示.正交鎖定的效果是去除載波頻率,只留下與相位無關(guān)的噪聲分量.低通濾波器不是用來過濾相位噪聲,而是用來重新移動2x頻率分量.(鑒相器(混頻器)產(chǎn)生兩個輸入頻率的和(2x)和差,我們只對差感興趣,即沒有載波頻率的部分).低噪聲放大器的開關(guān)取決于低頻頻譜分析儀的分辨率.如果參考振蕩器的相位噪聲性能優(yōu)于被測石英晶體振蕩器,并且測試設置中的其他組件沒有添加可測量的噪聲,則頻譜分析儀正在測量被測振蕩器的相位噪聲性能,而不是測試系統(tǒng).

有源晶振抖動測量通常使用快速數(shù)字存儲示波器,在一個前沿觸發(fā),然后觀察下一個前沿的時間位置(圖2).這種方法作為測量方法有一些缺點.測量的帶寬通常是未知的(它是示波器帶寬的DC嗎?),樣本數(shù)量和樣本時間未知,存在與觸發(fā)點相關(guān)的不確定性,您是在測量test下振蕩器的抖動還是示波器內(nèi)部時基振蕩器的抖動.

為了描述時域中的固定頻率,我們使用圍繞具有恒定角速度的單位圓旋轉(zhuǎn)的單位矢量的理論(圖3).

為了使該波形呈現(xiàn)抖動,單位矢量必須在稍微變化的時間內(nèi)完成其繞單位圓的行程,即,角速度必須不斷加速和減速.這實際上是頻率調(diào)制,我們知道,對于穩(wěn)定的普通有源晶振,或者不是這樣的情況,所以發(fā)生了其他事情.單位矢量稍微提前或稍晚的X軸的真正原因是一個小的噪聲矢量旋轉(zhuǎn)如圖4所示,在單位矢量的末尾附近(但為了清楚起見,這一點被夸大了).

紅色實線是單位vect或粉紅色虛線顯示旋轉(zhuǎn)噪聲矢量如何將單位矢量從其理想位置移位.此噪聲矢量的大小相當于積分所有噪聲功率和相位噪聲圖(在感興趣的頻率范圍內(nèi))成一個圖,如圖5所示.

現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)噪聲矢量具有幅度(以dBW為單位,相位噪聲曲線的垂直軸是帶寬每瓦的瓦數(shù)),它是一個簡單的三角恒等式,將其轉(zhuǎn)換為抖動數(shù)字(圖6).然后將度數(shù)的抖動計算為生成信號矢量(載波+噪聲)和完美Crystal Oscillator矢量(載波矢量)之間的最大角度.轉(zhuǎn)換為時間表示為360度的度數(shù)并乘以載波頻率的周期.

以秒為單位的抖動RMS=角度/360*T.