近年来随着科技的发展，差分振荡器的应用产品范围不断加大，使用次数也在增加，但关于差分频率源的中的噪声信号及抖动相位，仍只有少部分人知道了解。Rubyquartz晶振公司是来自美国的频率元件制造商，同时也是差分振荡器开发者与供应商，研发出多款LVDS与LV-PECL输出的差分晶振，在海内外广受欢迎。以下是Rubyquartz公司提供的关于差分晶体振荡器的频率源定义和解释，详细的说明了其中的信号噪声和抖动周期。

定义

“抖动包括来自其数字信号的重要瞬间的短期变化理想的时间位置。“（ITU-T）数字数据流中的上升沿和下降沿绝不会出现在精确的期望时刻。定义并测量这些边缘的精确计时并影响其性能同步通信系统。

给定信号的边缘位移是具有光谱和功率的结果噪声由于不均匀，这些边缘可能随时间随机变化频域噪声。（因此;由10KHz偏移的噪声引起的抖动可能是大于或小于100KHz偏移时的噪声）。时钟抖动的频谱内容可以根据评估的不同测量技术或带宽而有很大差异。

抖动引起的系统中断

网络设备晶振中的时钟恢复机制用于对数字信号进行采样使用恢复的位时钟。如果数字信号和时钟具有相同的抖动，则恒定抖动误差不会影响采样瞬间，因此不会出现误码。（这种情况将适用于恢复时钟机制可以的低频抖动遵循数字信号相位变化;在更高频率的抖动变化，>0.5UI，将导致不准确的采样和丢失有价值的数据。

测量抖动

有三种类型的仪器用于测量抖动：1）BER（误码率），2）抖动分析仪和3）示波器。用于测量抖动的仪器类型决于应用，电气/光学，数据通信或电信，以及比特率（见图下面）。可能需要混合使用这些仪器来准确追踪问题与抖动有关。最常见的方法是从BER测试仪开始。进一步孤立问题是，使用抖动分析仪或示波器进行额外的测试。此外量化抖动，测量应协助设计人员调查根本原因和有效消除抖动的问题来源。

在进行抖动测量之前，我们必须首先了解抖动的类型及其来源。抖动分为两大类：确定性抖动（Dj）和随机抖动（Rj）。此外，Dj分为周期性抖动（Pj）和数据相关抖动（DDj）由占空比失真（DCD）和符号间干扰（ISI）组成。该所有单个抖动分量的积分导致总抖动（Tj）。这包括所有确定性和随机成分的贡献（见下图）。

确定性抖动（Dj）具有特定原因，并且是可预测且一致的。它有一个非高斯振幅分布，总是有界的，可以表征它的峰-峰值。它来自系统源，如串扰，符号间干扰-ISI-（反射）和电源馈通（EMI）。

周期性抖动是由交叉耦合或EMI（交流电源线，RF信号）引起的周期性抖动来自开关电源的信号源等。后者被称为不相关的周期性耦合到数据或系统时钟信号的抖动。相关的周期性抖动是来自相同频率的时钟的相邻数据信号的耦合。它由a指定频率和幅度作为峰值到峰值测量。

Pj可以使用示波器量化。在时钟的上升沿激活在显示屏上移动，直到显示另一个时钟上升沿。Pj是乐队范围上显示的上升边缘。

周期性抖动

数据相关抖动（DDj）分为占空比失真（DCD）和符号间干扰（ISI）。DCD是传播延迟在高到低和低到高之间的偏差。其他与单词相比，它是正脉冲与正脉冲的偏差时钟状比特序列中的负脉冲。幅度偏移误差，开启延迟和饱和度可能是DCD的一些原因。

ISI有时被称为数据相关抖动。这通常是带宽的结果发射机或物理媒体的限制;因此，创建不同的数据幅度由于信号的上升和下降时间有限而导致的比特。它发生在频率成分时数据（符号）由传输介质以不同的速率传播。随机抖动（Rj）被认为是无界的，可以用高斯描述概率分布。它影响其标准的长期设备稳定性偏差（rms）值。它是由物理来源产生的，如：热噪声，白噪声和光学介质中的散射。

确定石英晶体振荡器抖动的常见来源

电磁接口（EMI）由传导的辐射发射产生不希望的结果从本地设备或系统辐射。常见的来源是开关型电源它辐射强大的高频磁场和大电场电噪声进入系统缺乏足够的屏蔽和输出滤波。EMI改变了耦合或感应导体中的噪声电流的电信号的偏置。

串扰是由磁场和/或电场与相邻的偶然耦合引起的导体携带信号。将不需要的信号分量添加到原始信号中信号改变其偏置由干扰信号的量确定。

反射是由阻抗引起的信号干扰引起的通道中存在不匹配。库珀技术中的最佳信号功率传输当介质在发射中具有相同的特征阻抗时发生接收端。如果阻抗，则一部分能量被反射回发射器来自不受控制的存根和不正确的接收器存在不匹配终端。同样，如果不匹配在传输端，则它会摄取部分反射能量，接收器反映剩余部分。最终，接收器得到延迟信号与原始信号异相，代数上加上第一个到达信号。

随机抖动的常见来源

射击噪声也称为宽带“白噪声”，是由电子的运动产生的半导体中的空穴，其振幅是平均电流的函数由平均值波动产生的。在半导体中，它将取决于电子和空穴密度的随机性。它是信号通道中Rj的贡献者。闪烁噪声也称为粉红噪声，与频率的倒数成比例，1/f。它只是低频测量中的关注点。它通常出现在电阻器，二极管中，开关和晶体管等。通常，必须进行测量凭经验。热噪声是由电子内部自由移动的热搅动产生的噪声指挥。

BER测试仪，差分晶体振荡器抖动分析仪（也称为时间间隔分析仪-TIA），示波器BERT允许工程师获得被测设备的准确测量误码率。它们旨在对数据流中接收的每个比特进行采样，并将其与之进行比较预定的伪随机比特序列（PRBS）模式。在大多数情况下抖动分析仪或示波器无法达到这样的准确度。

抖动分析仪（TIA）测量从参考时钟到信号边沿的间隔，在门槛之间;使用直方图并收集大量数据点。高速数据通信总线中的设备，如光纤通道，串行ATA，Infini频段和每个通道的速率高达3.125Gbits/s的快速IO受益于使用TIA测试。TIA是在生产线测试中发现的，因为它们可以预测一些BER秒。

示波器使用外部触发事件和采样时钟来构建眼图随时间采样重复信号。信号的阈值穿越时间由a形成直方图允许测量抖动。抖动概率密度的近似值函数（PDF）是从直方图中导出的，可以检查直方图来表征抖动。

实时采样示波器可用于测试子系统，电缆，设备或系统以高速通信（即3.125Gbits/s，当前最高可能通过铜传输数据的速度）。这些类型的示波器可测量任何时钟的抖动信号，不仅仅是通信中使用的信号。

要在当今世界中以高比特率测量抖动，采样示波器是最好的由于其高带宽采样而选择。它们需要重复的PRBS信号由于它们的低采样率（150ksamples/s或更低）来生成眼图构建抖动图。

示波器

相位噪声

相位噪声是晶振信号周围的噪声频谱的频域视图。它是由时域引起的波的相位的快速，短期，随机波动不稳定性。

正弦波可以表示为：

V（t）=Vpsin（2πf0t）

哪里：

Vp是峰值幅度

f0是标称频率

是时候了

图7中的正弦波形具有Vp=2.5V，标称频率为1MHz;导致V（t）=2.5sin（2π1x106T）

图8显示了与上述相同的正弦信号，并增加了相位噪声，φ（t）=2πsin（1.5πf0t）/15是噪声的主要来源。对数字和电信而言应用最受关注的一个。

相位噪声φ（t）可以定义为对时序变化的测量信号。尽管如此，结果显示在频域L（f）。结果，在图9是不需要的频率下的噪声功率与总响应之间的关系功率，分布在1Hz带宽内。振荡器的完整功率将是如果相位噪声等于零，则以f=fo为中心。请记住，相位噪声会扩散一些LVDS晶振的功率对相邻频率的影响导致边带。

图9-振荡器功率谱

相位噪声在特定偏移处以dBc/Hz定义。相对于载波的dB水平是以dBc给出。在任何给定的偏移处，振荡器的相位噪声可以从比率得出载波在偏移频率下的1Hz带宽内的总功率。在图9，功率谱曲线的总面积与矩形区域的比率在偏移fm处具有1Hz带宽（大致是光谱高度的差异）center和atfm）是相位噪声的表示。振荡器的功率谱具有嘈杂的相位角是曲线的实际光谱。

图10-相位波动谱密度

LVDS输出晶振的功率谱如图9所示。噪声相角项，称为相位波动的谱密度，如图10所示在图10中，相位变化的谱密度的测量与相同对于偏移很远，从图9中的功率谱测量的相位噪声（dBc/Hz）来自承运人。

在图11中，使用恒温晶体振荡器（OCXO）作为参考时钟与VCXO相反，输出相对接近的理想正弦波。另一个是VCXO方（DUT）。允许在频率上进行明确的比较，对控制进行微小的改变VCXO的电压，OCXO和VCXO的频率应非常接近。该混频器的输出计算两个信号保持之间的小相位偏差。

粗略地说，振荡器之间有90°的相移。φ（t）是信号的测量值经过放大器和低通滤波器后从混频器中出来。使用高分辨率频谱分析仪，φ（t）的谱密度在频域中显示为Sφ（f）。

要绘制相位噪声，请使用下面列出的公式对于φ<<1弧度，Sφ（f）=2L（f）为了绘制dBc/Hz，计算该等式的基数10对数输出。对于各种通信应用，在频率处指定相位噪声以下仅针对这些频率的噪声，远离，载波是关注的。来自载波L（f）的赫兹，单位为dBc/Hz

10               -40

100              -70

1000             -100

10000            -120

该规范如图12所示。

应密切监视噪声基底的锁相环（PLL）中的随机抖动，VCO，石英振荡器和其他时钟信号。分析相位噪声非常有用设计阶段或检查本底噪声时的故障排除。对于这种类型分析，频域相位测量系统至关重要。除了以外的技术光谱评估不提供对设计和系统特性的详细了解。低水平检查的局限性是分析200MHz以下的抖动分量低于几个标准规定的总带宽。因此，对于带宽以上需要200MHz其他用于分析抖动的工具。可以找到将单边带（SSB）相位噪声转换为抖动的简单工具。

相位抖动-相位噪声积分

指定频率范围的总噪声功率比形状更重要曲线（如图12所示），特别是在通信应用中。去完成这必须在频域中检查时域信号。之后，它是在时域中重新组合成除去不需要的均方根（rms）值频率。φ（t）的均方根值，以dB，弧度，单位间隔或秒表示通过在指定带宽上将L（f）改回Sφ（f）来获得。噪音的一部分所讨论的带宽是相位抖动的一个标准偏差，相当于相位抖动以秒为单位的值。这由曲线下面积从500Hz到10KHz表示图13。

整合的极限是：

最小频率=500Hz

最大频率=10KHz

积分下的总面积=2.63264E-09

φrms（弧度）=5.13093E-05

trms（s）=5.25085E-14

图13-相位噪声积分-带宽500至10KHz

注意带宽对φrms的相当大的影响。如果扩展带宽10Hz至10KHz，如图14所示，trms大约80倍。整合的极限是：

最低频率=10Hz

最大频率=10KHz

积分下的总面积=1.70512E-05

φrms（弧度）=0.004129311

trms（s）=4.22583E-12

图14-与图13相同的图表-带宽变为10到10KHz将相位噪声转换为抖动噪声测量可用于提取抖动，因为两者都表示相同的异常。

在以下示例中，振荡器噪声图（图H）从12KHz扩展到10MHz。功率谱密度函数（dBc）是由边界噪声传播给出的L（f）图。由于相位噪声（调制）的相关水平由抖动反映，因此载波的功率水平并不重要。整合L（f）的结果指定带宽，12KHz至10MHz，是边带的总噪声功率。

带。以下是使用12KHz和10MHz作为限制的L（f）的积分。

N=噪声功率=∫L（f）df

噪声功率引起的RMS抖动可以使用以下等式计算：

RMS相位抖动（弧度）=SQR（10N/10*2）

结果可以用单位间隔（UI）或时间表示。划分上述结果以弧度表示的载波频率的等式返回一个时间值（秒）。

RMSJitter（秒）=抖动（弧度）/（2*π*fosc）

例如，可以使用。计算312.5-MHz振荡器的RMS抖动值图15中绘制了噪声功率值。将12kHz至20MHz间隔的相位噪声曲线积分得到-63dBc的数字：

N=噪声功率=∫L（f）df=-63dBc

因此，以弧度表示的RMS相位抖动值为：

RMS相位抖动（弧度）=SQR（10N/10*2）=1415e-6弧度

这个以弧度为单位的抖动值可以以皮秒为单位转换为RMS抖动：

RMSJitter=1415e-6/（2*π*106）=0.72ps（rms）

目前有许多OCXO晶振，VCXO振荡器，MEMS晶振等系列，都匹配了LVDS或LV-PECL这两种输出，除了本身自带的功能和性能之外，还可以输出差分信号。这种晶振一般都是应用在极其高端的产品身上，稳定性和可靠性高，应用在任何产品身上，可以发挥也优越的效果。