如今我國各項科技領(lǐng)域正在飛速發(fā)展當(dāng)中，產(chǎn)品越做越高端和精密，采用的電子元器件要求也更高，石英晶體振蕩器是比普通諧振器性能更優(yōu)越的頻率元件。一些重點國家工程如軍用設(shè)備，人造衛(wèi)星，載人航天工具，超級計算機等，除了OSC系列，還會應(yīng)用恒溫晶振，差分晶振，壓控晶振等一類擁有低相位抖動特性的振蕩器。那么什么是抖動？MtronPTI晶振公司是如何測量抖動的呢？

抖動的定義：

155.52 MHz的理想時鐘信號在一個完整周期內(nèi)的周期為6430皮秒。連續(xù)循環(huán)的“噪音免費的“波形將精確測量6430皮秒。噪聲元素將導(dǎo)致時鐘周期從6430 pS變化被稱為抖動。抖動由確定性（來自電源噪聲等特定原因）和隨機內(nèi)容組成。該可以使用高斯分布統(tǒng)計來表征抖動的隨機部分。例如，連續(xù)三百個僅包含隨機抖動元素的155.52 MHz晶振周期的測量結(jié)果將顯示為高斯分布分布（有一個峰值）。正負(fù)一個標(biāo)準(zhǔn)差將包含所有周期測量數(shù)據(jù)點的68.26％：

+/-2西格瑪將包含所有測量值的95.4％。

+/-3西格瑪將包含99.73％。

+/-4 sigma將包含99.99366％

+/-7西格瑪將包含（100-1exp-12）％的所有測量值。

具有較大標(biāo)準(zhǔn)偏差的高斯分布將具有更寬的尾部，與平均值相比更多的周期測量（越來越小）。從最小周期測量到最大周期測量的距離稱為峰峰值抖動電平，以皮秒為單位。峰-峰值取決于樣本大小。更大的樣本測量相同的待測單元將產(chǎn)生更大的峰-峰值。標(biāo)準(zhǔn)偏差（1-sigma）的使用僅在純高斯中有效分布。如果分布中存在任何確定性抖動（具有如下所述的特定原因），則使用1-sigma基于用于估計發(fā)生概率的整個抖動直方圖是無效的。如果信號中存在確定性抖動，那么周期測量的直方圖將包括多個峰值。它可能是抖動的主要貢獻(xiàn)者，例如電源紋波調(diào)制時鐘以產(chǎn)生多個峰值。或者，有源晶振信號可能包含許多次諧波功率。總抖動是隨機抖動與確定性抖動交互的組合。

抖動的來源

隨機抖動來自許多來源。半導(dǎo)體石英晶體結(jié)構(gòu)的熱振動導(dǎo)致遷移率變化在材料的瞬時溫度。隨機抖動的另一個來源是由于瑕疵造成的不完美半導(dǎo)體工藝變化，例如非均勻摻雜密度。多個隨機抖動源以RMS方式添加，但是a將隨機抖動添加到確定性抖動以獲得峰值到峰值的總抖動時，需要峰峰值。確定性抖動由可識別的干擾信號產(chǎn)生。它總是以振幅為界，具有特定的原因（不是隨機）。確定性抖動可以通過相鄰信號跡線之間的串?dāng)_產(chǎn)生。增量時會發(fā)生這種情況來自一個導(dǎo)體的電感將來自相鄰信號線的感應(yīng)磁場轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電流。這誘導(dǎo)了電流增加或減少電壓，從而引起抖動。

EMI輻射可能導(dǎo)致確定性抖動。敏感的信號路徑會受到來自EMI源的磁場的影響。EMI源包括電源，AC電源線和RF信號源。與串?dāng)_一樣，在定時信號上感應(yīng)出噪聲電流路徑，從而調(diào)制定時信號電壓電平。

確定性抖動可以由多層襯底的功率層中的噪聲產(chǎn)生。這種噪聲可以改變閾值電壓邏輯門。或者，在閾值電壓下接地參考的變化將導(dǎo)致改變所需的電壓以切換柵極。當(dāng)多個門同時切換到相同的邏輯狀態(tài)時，可能會出現(xiàn)確定性抖動。可以誘導(dǎo)電流尖峰電源和接地層，為閾值電壓電平轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了另一個機會。

MTRONPTI如何測量抖動

MtronPTI晶振使用Wavecrest的時間測量系統(tǒng)，相位噪聲系統(tǒng)和數(shù)字示波器來測量時域和時域頻域抖動。雖然本教程將簡要討論測量技術(shù)，但Wavecrest已經(jīng)編寫了許多文章關(guān)于使用其設(shè)備進(jìn)行抖動測量的基本原理的應(yīng)用筆記。

兩個特別的應(yīng)用筆記包括：

DTS測量技術(shù)（入門）

抖動分析（入門）。

DTS測量兩個事件之間的時間。在內(nèi)部，許多時間測量（樣本）被編譯成直方圖（圖1正好在下面）。可以在前面板上查看基本統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如樣本大小，平均值，峰峰值和1-sigma。這個數(shù)據(jù)振蕩器輸出信號可通過GPIB傳送到Wavecrest Virtual Instruments軟件，API軟件或用戶定制的軟件。來自數(shù)百或數(shù)千個直方圖的數(shù)據(jù)可以編譯成圖，突出顯示更多信息輸出信號質(zhì)量。抖動累積的具體值，如抖動頻率和功率，以及確定性和確定性的大小隨機抖動可以在這些圖中顯示。

石英晶體振蕩器抖動圖1

DTS測量兩個事件之間的時間，即閾值交叉。數(shù)字采樣示波器測量電壓關(guān)于相對于觸發(fā)器的時間。基于事件的測量允許DTS確定實際邊緣位置在800以內(nèi)femto-seconds（DTS的硬件分辨率）。采樣范圍在采樣點之間插入數(shù)據(jù)以確定采樣點的時間門檻。由于示波器取決于觸發(fā)信號的使用，因此該波形上的任何抖動都可能會掩蓋a抖動貢獻(xiàn)者。來自業(yè)界領(lǐng)先供應(yīng)商的一個特定數(shù)字示波器列出了1.5pS作為其均方根抖動誤差測量設(shè)置。DTS使用事件的異步隨機采樣來建立事件的有效統(tǒng)計分布倍。它每21uS到25uS采集樣本，與DUT工作頻率無關(guān)。通過隨機化獲取時間，沒有機會屏蔽出與采樣率匹配的抖動信號。

1 Sigma周期從4個貼片振蕩器IC循環(huán)抖動數(shù)據(jù)使用Wavecrest DTS-2075測量

石英晶體振蕩器抖動圖2

DTS測量系統(tǒng)包括許多軟件工具，以增強人們對波形特征的理解。抖動分析工具允許用戶查看抖動調(diào)制。例如，用戶可以分別測量數(shù)百或數(shù)千個直方圖由300個波形周期的樣本測量組成。所有這些樣本組的標(biāo)準(zhǔn)差可以是繪制以顯示指定時間段內(nèi)的累積抖動（圖2直接在上面描繪）。其他石英振蕩器關(guān)鍵波形可以以這種方式檢查諸如上升時間，下降時間，傳播延遲和頻率之類的參數(shù)。

時域數(shù)據(jù)可以通過FFT連接到頻域，以確定貼片晶振頻率和幅度抖動組件。Wavecrest也提供超出本討論范圍的高級軟件工具。尾巴TM值算法使用戶能夠分析多模態(tài)分布（多個峰值）。在非高斯分布中，高斯分布當(dāng)可以計算這些尾部的等效1-sigma時，假設(shè)適用于尾部（最左邊和右邊區(qū)域）區(qū)域。以這種方式尾巴適合TM允許計算非高斯分布的邊遠(yuǎn)測量的概率發(fā)生分布。

因此，對于給定波形的峰峰值抖動的預(yù)測可以在十億個周期后近似（非常高的置信度）無需等待十億個信號周期即可完成上電。另一個高級軟件功能涉及在用戶指定頻率帶寬時計算集成抖動SONET范圍為12KHz至20MHz。根據(jù)設(shè)置中指定的貼片有源晶振樣品測量數(shù)量，集成抖動測試每個單元需要0.5到1.5分鐘。