这两年因为科技发展速度快，晶体振荡器渐渐开始有了用武之地，原本因为价格贵而使用次数少的差分晶振，目前销量明显有所增长，咨询和订购的客户越来越多。许多采购和工程大致知道LVDS，LV-PECL是常用的差分输出，这是一种比较特殊的信号输出，但是真正让产品让客户需要的，是差分晶体振荡器本身自带的低相位抖动和低相噪性能，这是振荡器里最高端的特性。

对频率系统性能的测量就是它稳定性，即在合适的频率上的频率波动水平测量。目标是将这些波动保持在最低限度;然而，噪音和抖动在系统内是不可避免的，并且可以对差分振荡器性能产生负面影响。

噪音基础

噪声是来自内部或外部的信号中的任何不需要的信息外部来源，有些是不可避免的，有些则可以被删除来自系统。

差分晶振抖动基本介绍

考虑具有两种状态的信号，“开”或“关”。这个信号有一个脉冲和所有脉冲之间的恒定时间周期是相等的长度。由于差分石英晶体振荡器输出信号的性质，下一次脉冲时很容易预测将要到达。如果你想建立一个利用了它的系统，你可以这种脉冲的本质;例如，如果两个脉冲之间的时间是你可以制作一个非常简单的计时设备从这个信号。但实际上没有什么是这么简单。再次考虑信号但现在也考虑一些破坏它的东西。这个'噪音'，无论如何在脉冲或外部参数内，偶尔会引起脉冲提前到达。这基本上是抖动，并且可能由于造成问题而非常成问题。

内部噪声（约翰逊-奈奎斯特噪声）

有时也称为热噪声或白噪声组件内电荷载流子的热运动。该噪声水平取决于a的电阻和温度组件并且在所有频率上都是相同的，因此是不可简化的。约翰逊噪声与带宽和变化成正比它本质上是高斯的。这可以从功率谱得出密度。高斯意味着它均匀分布在中心的两侧点，中心点是平均值或平均值。这是一个铃铛或正常曲线如图1所示。

射击噪音

包含电流的电子的离散性质也是如此在组件中引起噪声。这变得非常重要非常低的电流应用。这也是白色和不可简化的。

闪烁噪音

虽然约翰逊和射击噪声是独立于电路和元件设计，闪烁噪声不是。闪烁噪声（也称为粉红噪声在低频率下占主导地位并且是由瞬态引起的组件性能的波动。它遵循类似的趋势功率=1/f，其中f是频率。它遵循的是力量随着频率的增加，闪烁噪声趋于0。图2。

外部噪音

这是一种干扰形式。例子包括50Hz电源电源线，电容和磁耦合。这可以由于电路设计不良而加剧，没有经过适当的预见是个问题。

这是晶振结构本身的内在因素，包括冲击和振动等环境因素。这些是影响晶体本身结构的长期因素，并且可以为此立即讨论被忽略。随机游走通常定义为小于10Hz而不是抖动。

相位噪声

在本次讨论中，我们对均匀周期波形感兴趣围绕给定点振荡。例如，方波振荡接地（0V）和电源电压（Vs）之间。我们会考虑输出上升½Vs作为我们的阈值的点参考电压并使用该值来测量上升脉冲的边缘。我们不认为从0V开始有任何增加我们的上升边缘可能是随机噪音。或者我们可以考虑一个关于水平x轴对称的正弦波x=0是我们的参考测量点，即0V线。

我们正在有效地寻找相位之间的相位差异原始波形和接收波形，即抖动信号。抖动是根据时间或单位间隔来描述差分晶体振荡器的相位噪声将以弧度或度数来描述。例如，考虑在其间振荡的均匀方波然而，在1MHz的频率下的0V和+Vs被感应到电路中是一种噪音，意味着信号提前达到½Vs。

量化噪音

通常作为信噪比（SNR）给出：定义为a分贝为SNR=20log10（Vs2/VN2）（1）其中Vs和VN是信号和噪声的均方根电压分别。

从图3中可以看出，最终波形超过阈值电压比前一波形快1/2Vs;由于噪音导致波形提前到达。在这种情况下，花费在0V的时间是前一波形的一半时间。使用：T=1/f（2）我们知道整个周期需要1μs。所以这波形到达250ns早。这是250ns的抖动或½π或90°的相移。可以用数学方法分析以给出更清晰的示例相移和抖动的描述是正弦波形。一个正弦曲线可以写成：f（t）=Asin（ωt+θ）（3）其中A是波的最大振幅，ω=2πf，θ是相位转移。

例：

考虑以下情形，x是频率为的正弦曲线1Hz的。波形具有x=sin2πt的等式。然而差分石英晶振噪音是出现并导致波浪移出异相。图4,5和6。我们有一个0V的阈值电压，当时记录的时间波穿过水平x轴。时间测量为0.4375秒当它穿过x轴时。这是0.0625s的抖动。从此我们可以计算出相移。

从（3）：

f（t）=Asin（ωt+θ）

f（t）=Asin（2πft+θ）

f（t）=Asin（2πt+θ），f=1

f（t）=Asin（2πx0.4375+θ），因为波早期为0.4375s

f（t）=sin（2π×0.4375+θ），A=1

在f（t）=0时，0=2π×0.4375+θ

0=0.875π+θ

-θ=0.875π

θ=0.125π

θ=1/8π相移

相位噪声图

在前面的例子中，分析了一次噪声事件;但是，检查信噪比如何也很有用（SNR）随频率或噪声的变化而变化。这是绘制的在图表上，Y轴上显示的SNR值和距离X轴上表示的基频的距离。频率越远离基频越小SNR将成为图7。

从图表中，您可以找出各种兴趣点例如，SNR功率减半的3dB频率。这使得能够绘制图表以显示相位噪声偏移。

图8中的图表分解了相位噪声的来源通过差分晶振体验。相位噪声图是分开的进入五个主要区域，与基频距离水平X轴和垂直Y轴上的SNR。你可以观察一下闪烁角，闪烁噪声可忽略不计的点信号因素;此时此角落频率以上的所有噪音变得不可简化。这与前面的噪声区域图非常相似标记。

周期和周期到周期抖动

周期抖动是时钟周期的位置差应该和它看起来的点。现在是时候了理想脉冲到达时的差异和当脉冲实际到达时。周期到周期抖动是两个连续时钟之间的差异循环，由此引入系统的抖动导致变化下一个理想的信号。

例如，考虑在两者之间振荡的均匀波形接地和+Vs的标称周期为T.然而，抖动会导致反而到达波形。我们可以说周期循环抖动是T-t。周期抖动周期难以衡量理想波形基于前一波形的周期。为了找到循环抖动的下一个周期，我们将比较周期上一期的下一个周期。这通常需要使用能够测量更快信号的高速定时装置比波形的频率。

一种方法是将标称频率的平均值乘以a长时间使用作为参考。你在假设噪声是随机的，并且具有高斯分布曲线均值为0.因此，平均频率不会有差异理论标称频率。然后测量小变化这个平均时间很短，给你的抖动信号。但是，当您考虑加热时，这会导致问题，改变环境因素和随机游走。另一种方法是使用参考信号，一个干净的信号源与感兴趣的组件相同的标称频率。来源将需要具有可控频率。我们需要消除所有外部干扰与适当的反馈系统。我们还需要创建一个反馈循环来保持它们的平均值术语频率相同，这称为锁相。你将可控源锁定到组件比较他们的长期平均频率的兴趣。这样可以消除随机游走的问题测量信号在可控源处行走由于反馈回路，“行走”量相等。

即使组件被锁定到循环中，它仍然可以抖动。出于测量目的，我们对何时感兴趣信号越过阈值电压。（我们的定义点出于兴趣;在前面的例子中给出了1/2的Vs在X轴上。）我们对抖动有关的几点感兴趣导致两者的阈值电压的时间差异组件。这两次的差异将向我们展示组件的抖动。从这些值我们可以绘制一个记录值的直方图。

测量抖动

介绍了LV-PECL晶振抖动的基本概念，即治理原则它合乎逻辑且直截了当;事实上，这是一个衡量标准理想和非理想波形之间的区别。然而实际上，测量可能非常复杂。在前面的例子中，我们将测量信号与a进行了比较理论上理想的信号。然而在现实世界中，没有信号是完美的要进行测量，您必须有一个干净的信号进行比较用，即一个噪音很小的信号。

均方根抖动（σ）

记录的数据表示为高斯分布根据所示示例的曲线，也就是说它如下正态分布模式。通常就是这种情况随机抖动源。可以从高斯中进行有趣的观察分发这些数据。我们可以确定根本意义方形抖动σ的宽度。我们还可以观察到这一点平均抖动为0，这只是理想化的情况高斯分布。

峰峰值抖动

描述测量的抖动的另一种方法是通过显示通过采用相当大的倍数来达到峰值到峰值有效值。常见的选择是使用峰到峰（pk-pk）值为14σ。任何超出此范围的值都将是非常罕见的，他们几乎可以忽略不计一个系统，它在两点之间，然后是最差点案例场景只是两者之间的峰值到峰值系统的有界边缘。但请注意这是在制作假设有界边缘不允许任何边界输出水平的波动高于或低于定义的边缘。图9。

我们再次将清洁无噪声源作为如上所述，两者都锁定以允许步行。在一个理想的世界，我们只会看到一个峰值响应显示，但实际上它会显示一个明确的信号两边都有裙子;这些裙子是差分有源晶振的抖动破坏了信号。也可能有低振幅尖峰或杂散通常出现在信号的任何一侧。

对于不适合高斯或有界的系统我们使用类似于那个的过程用于高斯系统。我们取平均值样本从这一点开始移动得足够远在这些点上的抖动很少被考虑可以忽略不计。抖动频率分析显示抖动的另一种方法是测量频率域通常通过使用频谱分析仪。

粉红噪音。

图10.注意主信号的定义尖峰和当波形变宽并远离波形时，裙边主频。

量化抖动

上面我们展示了如何通过量化噪音很容易使用信噪比，而我们通常使用抖动表达它作为预期之间的时差脉冲和脉冲实际到达。对于那些系统在兆赫范围内运行，通常量化以皮秒为单位的抖动测量。

抖动效应

由于大多数数字系统都依赖通用时钟总线，我们关心电路是否可以容忍任何轻微的时钟脉冲时序的变化。在数字通信系统中，编码数据是通常是长距离发送然后解码一旦收到。然而，需要有一个共同点时钟允许脉冲被解码和时钟。任何一个都受到抖动的影响，可能会有一些数据丢失来源的诚信。再次值得考虑你的在选择合适的晶体振荡器之前应用。

振荡器中的抖动

振荡器中的抖动应仅来自随机源如果他们的设计正确和输出频率匹配晶体的自然共振频率。该振荡器中的随机抖动应足够小以皮秒为单位测量。应该是这种情况对于所有振荡器，即使对于那些输出为来自晶体正弦波输出的方波信号的振荡器也是如此振荡器。

可编程晶体振荡器中的抖动通常是由于输出频率的方式较大产生。它们通常使用锁相环（PLL）频率产生的方法，这可以增加他们的对抖动的敏感性，通常在100psrms的量级。考虑可能引入的抖动是有用的来自外部系统的系统。如果是低抖动信号对系统的运作至关重要，然后选择一个具有低抖动值的组件是不够的并且是决定应该设计一个最小化抖动的电路。例如，屏蔽元件和电路干扰可能就足够了或放置一个简单的RC滤波器在电源线中可以帮助衰减所有高压纹波来自电源。来自振荡器的输出信号可能是纯净而干净的，但它所在的电路可能很容易受到噪音和抖动的影响。

现在比较热门的无线通信系统，全球导航定位系统，卫星发射系统，接收器，汽车系统，飞机船舶等产品比较需要用到一颗或多颗差分贴片晶振，可以使产品降低噪音和抖动，发挥出优越的作用。