相位噪聲和抖動(dòng)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(dòng)描述時(shí)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(yīng)用.從事雷達(dá)、基站設(shè)計(jì)等工作的射頻工程師.將對(duì)相位噪聲感興趣,因?yàn)檩^差的相位噪聲性能會(huì)影響上/下轉(zhuǎn)換和通道間距.在時(shí)分復(fù)用(現(xiàn)代電信基礎(chǔ)設(shè)施的主要部分)領(lǐng)域工作的數(shù)字工程師會(huì)對(duì)抖動(dòng)感興趣,因?yàn)槎秳?dòng)性能差會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障和過(guò)多的重發(fā)流量.
當(dāng)指定噪聲性能時(shí),測(cè)試必須給測(cè)量施加一些”邊界”.對(duì)于相位噪聲,這是“從–到”數(shù)字的簡(jiǎn)單形式(例如,從10赫茲到1赫茲的相位噪聲).對(duì)于抖動(dòng)測(cè)量,它稍微復(fù)雜一點(diǎn).要指定抖動(dòng),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(lái)要考慮的是用于測(cè)量的測(cè)試設(shè)備.相位噪聲的測(cè)量是通過(guò)將被測(cè)振蕩器正交鎖定在參考振蕩器上實(shí)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(wú)關(guān)的噪聲分量.低通濾波器不是用來(lái)過(guò)濾相位噪聲,而是用來(lái)重新移動(dòng)2x頻率分量.(鑒相器(混頻器)產(chǎn)生兩個(gè)輸入頻率的和(2x)和差,我們只對(duì)差感興趣,即沒(méi)有載波頻率的部分).低噪聲放大器的開(kāi)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(cè)石英晶體振蕩器,并且測(cè)試設(shè)置中的其他組件沒(méi)有添加可測(cè)量的噪聲,則頻譜分析儀正在測(cè)量被測(cè)振蕩器的相位噪聲性能,而不是測(cè)試系統(tǒng).

有源晶振抖動(dòng)測(cè)量通常使用快速數(shù)字存儲(chǔ)示波器,在一個(gè)前沿觸發(fā),然后觀察下一個(gè)前沿的時(shí)間位置(圖2).這種方法作為測(cè)量方法有一些缺點(diǎn).測(cè)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(shí)間未知,存在與觸發(fā)點(diǎn)相關(guān)的不確定性,您是在測(cè)量test下振蕩器的抖動(dòng)還是示波器內(nèi)部時(shí)基振蕩器的抖動(dòng).

為了描述時(shí)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(dòng),單位矢量必須在稍微變化的時(shí)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(shí)際上是頻率調(diào)制,我們知道,對(duì)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(gè)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(jiàn),這一點(diǎn)被夸大了).

紅色實(shí)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(dāng)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(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的三角恒等式,將其轉(zhuǎn)換為抖動(dòng)數(shù)字(圖6).然后將度數(shù)的抖動(dòng)計(jì)算為生成信號(hào)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(shí)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(dòng)RMS=角度/360*T.