這兩年因?yàn)榭萍及l(fā)展速度快，晶體振蕩器漸漸開始有了用武之地，原本因?yàn)閮r(jià)格貴而使用次數(shù)少的差分晶振，目前銷量明顯有所增長(zhǎng)，咨詢和訂購(gòu)的客戶越來(lái)越多。許多采購(gòu)和工程大致知道LVDS，LV-PECL是常用的差分輸出，這是一種比較特殊的信號(hào)輸出，但是真正讓產(chǎn)品讓客戶需要的，是差分晶體振蕩器本身自帶的低相位抖動(dòng)和低相噪性能，這是振蕩器里最高端的特性。

對(duì)頻率系統(tǒng)性能的測(cè)量就是它穩(wěn)定性，即在合適的頻率上的頻率波動(dòng)水平測(cè)量。目標(biāo)是將這些波動(dòng)保持在最低限度;然而，噪音和抖動(dòng)在系統(tǒng)內(nèi)是不可避免的，并且可以對(duì)差分振蕩器性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

噪音基礎(chǔ)

噪聲是來(lái)自內(nèi)部或外部的信號(hào)中的任何不需要的信息外部來(lái)源，有些是不可避免的，有些則可以被刪除來(lái)自系統(tǒng)。

差分晶振抖動(dòng)基本介紹

考慮具有兩種狀態(tài)的信號(hào)，“開”或“關(guān)”。這個(gè)信號(hào)有一個(gè)脈沖和所有脈沖之間的恒定時(shí)間周期是相等的長(zhǎng)度。由于差分石英晶體振蕩器輸出信號(hào)的性質(zhì)，下一次脈沖時(shí)很容易預(yù)測(cè)將要到達(dá)。如果你想建立一個(gè)利用了它的系統(tǒng)，你可以這種脈沖的本質(zhì);例如，如果兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間是你可以制作一個(gè)非常簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)設(shè)備從這個(gè)信號(hào)。但實(shí)際上沒有什么是這么簡(jiǎn)單。再次考慮信號(hào)但現(xiàn)在也考慮一些破壞它的東西。這個(gè)'噪音'，無(wú)論如何在脈沖或外部參數(shù)內(nèi)，偶爾會(huì)引起脈沖提前到達(dá)。這基本上是抖動(dòng)，并且可能由于造成問(wèn)題而非常成問(wèn)題。

內(nèi)部噪聲（約翰遜-奈奎斯特噪聲）

有時(shí)也稱為熱噪聲或白噪聲組件內(nèi)電荷載流子的熱運(yùn)動(dòng)。該噪聲水平取決于a的電阻和溫度組件并且在所有頻率上都是相同的，因此是不可簡(jiǎn)化的。約翰遜噪聲與帶寬和變化成正比它本質(zhì)上是高斯的。這可以從功率譜得出密度。高斯意味著它均勻分布在中心的兩側(cè)點(diǎn)，中心點(diǎn)是平均值或平均值。這是一個(gè)鈴鐺或正常曲線如圖1所示。

射擊噪音

包含電流的電子的離散性質(zhì)也是如此在組件中引起噪聲。這變得非常重要非常低的電流應(yīng)用。這也是白色和不可簡(jiǎn)化的。

閃爍噪音

雖然約翰遜和射擊噪聲是獨(dú)立于電路和元件設(shè)計(jì)，閃爍噪聲不是。閃爍噪聲（也稱為粉紅噪聲在低頻率下占主導(dǎo)地位并且是由瞬態(tài)引起的組件性能的波動(dòng)。它遵循類似的趨勢(shì)功率=1/f，其中f是頻率。它遵循的是力量隨著頻率的增加，閃爍噪聲趨于0。圖2。

外部噪音

這是一種干擾形式。例子包括50Hz電源電源線，電容和磁耦合。這可以由于電路設(shè)計(jì)不良而加劇，沒有經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)見是個(gè)問(wèn)題。

這是晶振結(jié)構(gòu)本身的內(nèi)在因素，包括沖擊和振動(dòng)等環(huán)境因素。這些是影響晶體本身結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期因素，并且可以為此立即討論被忽略。隨機(jī)游走通常定義為小于10Hz而不是抖動(dòng)。

相位噪聲

在本次討論中，我們對(duì)均勻周期波形感興趣圍繞給定點(diǎn)振蕩。例如，方波振蕩接地（0V）和電源電壓（Vs）之間。我們會(huì)考慮輸出上升½Vs作為我們的閾值的點(diǎn)參考電壓并使用該值來(lái)測(cè)量上升脈沖的邊緣。我們不認(rèn)為從0V開始有任何增加我們的上升邊緣可能是隨機(jī)噪音?；蛘呶覀兛梢钥紤]一個(gè)關(guān)于水平x軸對(duì)稱的正弦波x=0是我們的參考測(cè)量點(diǎn)，即0V線。

我們正在有效地尋找相位之間的相位差異原始波形和接收波形，即抖動(dòng)信號(hào)。抖動(dòng)是根據(jù)時(shí)間或單位間隔來(lái)描述差分晶體振蕩器的相位噪聲將以弧度或度數(shù)來(lái)描述。例如，考慮在其間振蕩的均勻方波然而，在1MHz的頻率下的0V和+Vs被感應(yīng)到電路中是一種噪音，意味著信號(hào)提前達(dá)到½Vs。

量化噪音

通常作為信噪比（SNR）給出：定義為a分貝為SNR=20log10（Vs2/VN2）（1）其中Vs和VN是信號(hào)和噪聲的均方根電壓分別。

從圖3中可以看出，最終波形超過(guò)閾值電壓比前一波形快1/2Vs;由于噪音導(dǎo)致波形提前到達(dá)。在這種情況下，花費(fèi)在0V的時(shí)間是前一波形的一半時(shí)間。使用：T=1/f（2）我們知道整個(gè)周期需要1μs。所以這波形到達(dá)250ns早。這是250ns的抖動(dòng)或½π或90°的相移。可以用數(shù)學(xué)方法分析以給出更清晰的示例相移和抖動(dòng)的描述是正弦波形。一個(gè)正弦曲線可以寫成：f（t）=Asin（ωt+θ）（3）其中A是波的最大振幅，ω=2πf，θ是相位轉(zhuǎn)移。

例：

考慮以下情形，x是頻率為的正弦曲線1Hz的。波形具有x=sin2πt的等式。然而差分石英晶振噪音是出現(xiàn)并導(dǎo)致波浪移出異相。圖4,5和6。我們有一個(gè)0V的閾值電壓，當(dāng)時(shí)記錄的時(shí)間波穿過(guò)水平x軸。時(shí)間測(cè)量為0.4375秒當(dāng)它穿過(guò)x軸時(shí)。這是0.0625s的抖動(dòng)。從此我們可以計(jì)算出相移。

從（3）：

f（t）=Asin（ωt+θ）

f（t）=Asin（2πft+θ）

f（t）=Asin（2πt+θ），f=1

f（t）=Asin（2πx0.4375+θ），因?yàn)椴ㄔ缙跒?.4375s

f（t）=sin（2π×0.4375+θ），A=1

在f（t）=0時(shí)，0=2π×0.4375+θ

0=0.875π+θ

-θ=0.875π

θ=0.125π

θ=1/8π相移

相位噪聲圖

在前面的例子中，分析了一次噪聲事件;但是，檢查信噪比如何也很有用（SNR）隨頻率或噪聲的變化而變化。這是繪制的在圖表上，Y軸上顯示的SNR值和距離X軸上表示的基頻的距離。頻率越遠(yuǎn)離基頻越小SNR將成為圖7。

從圖表中，您可以找出各種興趣點(diǎn)例如，SNR功率減半的3dB頻率。這使得能夠繪制圖表以顯示相位噪聲偏移。

圖8中的圖表分解了相位噪聲的來(lái)源通過(guò)差分晶振體驗(yàn)。相位噪聲圖是分開的進(jìn)入五個(gè)主要區(qū)域，與基頻距離水平X軸和垂直Y軸上的SNR。你可以觀察一下閃爍角，閃爍噪聲可忽略不計(jì)的點(diǎn)信號(hào)因素;此時(shí)此角落頻率以上的所有噪音變得不可簡(jiǎn)化。這與前面的噪聲區(qū)域圖非常相似標(biāo)記。

周期和周期到周期抖動(dòng)

周期抖動(dòng)是時(shí)鐘周期的位置差應(yīng)該和它看起來(lái)的點(diǎn)?，F(xiàn)在是時(shí)候了理想脈沖到達(dá)時(shí)的差異和當(dāng)脈沖實(shí)際到達(dá)時(shí)。周期到周期抖動(dòng)是兩個(gè)連續(xù)時(shí)鐘之間的差異循環(huán)，由此引入系統(tǒng)的抖動(dòng)導(dǎo)致變化下一個(gè)理想的信號(hào)。

例如，考慮在兩者之間振蕩的均勻波形接地和+Vs的標(biāo)稱周期為T.然而，抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致反而到達(dá)波形。我們可以說(shuō)周期循環(huán)抖動(dòng)是T-t。周期抖動(dòng)周期難以衡量理想波形基于前一波形的周期。為了找到循環(huán)抖動(dòng)的下一個(gè)周期，我們將比較周期上一期的下一個(gè)周期。這通常需要使用能夠測(cè)量更快信號(hào)的高速定時(shí)裝置比波形的頻率。

一種方法是將標(biāo)稱頻率的平均值乘以a長(zhǎng)時(shí)間使用作為參考。你在假設(shè)噪聲是隨機(jī)的，并且具有高斯分布曲線均值為0.因此，平均頻率不會(huì)有差異理論標(biāo)稱頻率。然后測(cè)量小變化這個(gè)平均時(shí)間很短，給你的抖動(dòng)信號(hào)。但是，當(dāng)您考慮加熱時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，改變環(huán)境因素和隨機(jī)游走。另一種方法是使用參考信號(hào)，一個(gè)干凈的信號(hào)源與感興趣的組件相同的標(biāo)稱頻率。來(lái)源將需要具有可控頻率。我們需要消除所有外部干擾與適當(dāng)?shù)姆答佅到y(tǒng)。我們還需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)反饋循環(huán)來(lái)保持它們的平均值術(shù)語(yǔ)頻率相同，這稱為鎖相。你將可控源鎖定到組件比較他們的長(zhǎng)期平均頻率的興趣。這樣可以消除隨機(jī)游走的問(wèn)題測(cè)量信號(hào)在可控源處行走由于反饋回路，“行走”量相等。

即使組件被鎖定到循環(huán)中，它仍然可以抖動(dòng)。出于測(cè)量目的，我們對(duì)何時(shí)感興趣信號(hào)越過(guò)閾值電壓。（我們的定義點(diǎn)出于興趣;在前面的例子中給出了1/2的Vs在X軸上。）我們對(duì)抖動(dòng)有關(guān)的幾點(diǎn)感興趣導(dǎo)致兩者的閾值電壓的時(shí)間差異組件。這兩次的差異將向我們展示組件的抖動(dòng)。從這些值我們可以繪制一個(gè)記錄值的直方圖。

測(cè)量抖動(dòng)

介紹了LV-PECL晶振抖動(dòng)的基本概念，即治理原則它合乎邏輯且直截了當(dāng);事實(shí)上，這是一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)理想和非理想波形之間的區(qū)別。然而實(shí)際上，測(cè)量可能非常復(fù)雜。在前面的例子中，我們將測(cè)量信號(hào)與a進(jìn)行了比較理論上理想的信號(hào)。然而在現(xiàn)實(shí)世界中，沒有信號(hào)是完美的要進(jìn)行測(cè)量，您必須有一個(gè)干凈的信號(hào)進(jìn)行比較用，即一個(gè)噪音很小的信號(hào)。

均方根抖動(dòng)（σ）

記錄的數(shù)據(jù)表示為高斯分布根據(jù)所示示例的曲線，也就是說(shuō)它如下正態(tài)分布模式。通常就是這種情況隨機(jī)抖動(dòng)源?？梢詮母咚怪羞M(jìn)行有趣的觀察分發(fā)這些數(shù)據(jù)。我們可以確定根本意義方形抖動(dòng)σ的寬度。我們還可以觀察到這一點(diǎn)平均抖動(dòng)為0，這只是理想化的情況高斯分布。

峰峰值抖動(dòng)

描述測(cè)量的抖動(dòng)的另一種方法是通過(guò)顯示通過(guò)采用相當(dāng)大的倍數(shù)來(lái)達(dá)到峰值到峰值有效值。常見的選擇是使用峰到峰（pk-pk）值為14σ。任何超出此范圍的值都將是非常罕見的，他們幾乎可以忽略不計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，它在兩點(diǎn)之間，然后是最差點(diǎn)案例場(chǎng)景只是兩者之間的峰值到峰值系統(tǒng)的有界邊緣。但請(qǐng)注意這是在制作假設(shè)有界邊緣不允許任何邊界輸出水平的波動(dòng)高于或低于定義的邊緣。圖9。

我們?cè)俅螌⑶鍧崯o(wú)噪聲源作為如上所述，兩者都鎖定以允許步行。在一個(gè)理想的世界，我們只會(huì)看到一個(gè)峰值響應(yīng)顯示，但實(shí)際上它會(huì)顯示一個(gè)明確的信號(hào)兩邊都有裙子;這些裙子是差分有源晶振的抖動(dòng)破壞了信號(hào)。也可能有低振幅尖峰或雜散通常出現(xiàn)在信號(hào)的任何一側(cè)。

對(duì)于不適合高斯或有界的系統(tǒng)我們使用類似于那個(gè)的過(guò)程用于高斯系統(tǒng)。我們?nèi)∑骄禈颖緩倪@一點(diǎn)開始移動(dòng)得足夠遠(yuǎn)在這些點(diǎn)上的抖動(dòng)很少被考慮可以忽略不計(jì)。抖動(dòng)頻率分析顯示抖動(dòng)的另一種方法是測(cè)量頻率域通常通過(guò)使用頻譜分析儀。

粉紅噪音。

圖10.注意主信號(hào)的定義尖峰和當(dāng)波形變寬并遠(yuǎn)離波形時(shí)，裙邊主頻。

量化抖動(dòng)

上面我們展示了如何通過(guò)量化噪音很容易使用信噪比，而我們通常使用抖動(dòng)表達(dá)它作為預(yù)期之間的時(shí)差脈沖和脈沖實(shí)際到達(dá)。對(duì)于那些系統(tǒng)在兆赫范圍內(nèi)運(yùn)行，通常量化以皮秒為單位的抖動(dòng)測(cè)量。

抖動(dòng)效應(yīng)

由于大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)都依賴通用時(shí)鐘總線，我們關(guān)心電路是否可以容忍任何輕微的時(shí)鐘脈沖時(shí)序的變化。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，編碼數(shù)據(jù)是通常是長(zhǎng)距離發(fā)送然后解碼一旦收到。然而，需要有一個(gè)共同點(diǎn)時(shí)鐘允許脈沖被解碼和時(shí)鐘。任何一個(gè)都受到抖動(dòng)的影響，可能會(huì)有一些數(shù)據(jù)丟失來(lái)源的誠(chéng)信。再次值得考慮你的在選擇合適的晶體振蕩器之前應(yīng)用。

振蕩器中的抖動(dòng)

振蕩器中的抖動(dòng)應(yīng)僅來(lái)自隨機(jī)源如果他們的設(shè)計(jì)正確和輸出頻率匹配晶體的自然共振頻率。該振蕩器中的隨機(jī)抖動(dòng)應(yīng)足夠小以皮秒為單位測(cè)量。應(yīng)該是這種情況對(duì)于所有振蕩器，即使對(duì)于那些輸出為來(lái)自晶體正弦波輸出的方波信號(hào)的振蕩器也是如此振蕩器。

可編程晶體振蕩器中的抖動(dòng)通常是由于輸出頻率的方式較大產(chǎn)生。它們通常使用鎖相環(huán)（PLL）頻率產(chǎn)生的方法，這可以增加他們的對(duì)抖動(dòng)的敏感性，通常在100psrms的量級(jí)。考慮可能引入的抖動(dòng)是有用的來(lái)自外部系統(tǒng)的系統(tǒng)。如果是低抖動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)作至關(guān)重要，然后選擇一個(gè)具有低抖動(dòng)值的組件是不夠的并且是決定應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)最小化抖動(dòng)的電路。例如，屏蔽元件和電路干擾可能就足夠了或放置一個(gè)簡(jiǎn)單的RC濾波器在電源線中可以幫助衰減所有高壓紋波來(lái)自電源。來(lái)自振蕩器的輸出信號(hào)可能是純凈而干凈的，但它所在的電路可能很容易受到噪音和抖動(dòng)的影響。

現(xiàn)在比較熱門的無(wú)線通信系統(tǒng)，全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，衛(wèi)星發(fā)射系統(tǒng)，接收器，汽車系統(tǒng)，飛機(jī)船舶等產(chǎn)品比較需要用到一顆或多顆差分貼片晶振，可以使產(chǎn)品降低噪音和抖動(dòng)，發(fā)揮出優(yōu)越的作用。