相位噪声和抖动都是描述振荡器稳定性的方法.相位噪声描述频率域的稳定性,而抖动描述时间域的稳定性.考虑SPXO晶体振荡器稳定性的域选择通常取决于应用.从事雷达、基站设计等工作的射频工程师.将对相位噪声感兴趣,因为较差的相位噪声性能会影响上/下转换和通道间距.在时分复用(现代电信基础设施的主要部分)领域工作的数字工程师会对抖动感兴趣,因为抖动性能差会导致网络故障和过多的重发流量.
当指定噪声性能时,测试必须给测量施加一些”边界”.对于相位噪声,这是“从–到”数字的简单形式(例如,从10赫兹到1赫兹的相位噪声).对于抖动测量,它稍微复杂一点.要指定抖动,需要指定采样周期和带宽.通常被遗忘的是”边界”的一部分.

接下来要考虑的是用于测量的测试设备.相位噪声的测量是通过将被测振荡器正交锁定在参考振荡器上实现的,如图1所示.正交锁定的效果是去除载波频率,只留下与相位无关的噪声分量.低通滤波器不是用来过滤相位噪声,而是用来重新移动2x频率分量.(鉴相器(混频器)产生两个输入频率的和(2x)和差,我们只对差感兴趣,即没有载波频率的部分).低噪声放大器的开关取决于低频频谱分析仪的分辨率.如果参考振荡器的相位噪声性能优于被测石英晶体振荡器,并且测试设置中的其他组件没有添加可测量的噪声,则频谱分析仪正在测量被测振荡器的相位噪声性能,而不是测试系统.

有源晶振抖动测量通常使用快速数字存储示波器,在一个前沿触发,然后观察下一个前沿的时间位置(图2).这种方法作为测量方法有一些缺点.测量的带宽通常是未知的(它是示波器带宽的DC吗?),样本数量和样本时间未知,存在与触发点相关的不确定性,您是在测量test下振荡器的抖动还是示波器内部时基振荡器的抖动.

为了描述时域中的固定频率,我们使用围绕具有恒定角速度的单位圆旋转的单位矢量的理论(图3).

为了使该波形呈现抖动,单位矢量必须在稍微变化的时间内完成其绕单位圆的行程,即,角速度必须不断加速和减速.这实际上是频率调制,我们知道,对于稳定的普通有源晶振,或者不是这样的情况,所以发生了其他事情.单位矢量稍微提前或稍晚的X轴的真正原因是一个小的噪声矢量旋转如图4所示,在单位矢量的末尾附近(但为了清楚起见,这一点被夸大了).

红色实线是单位vect或粉红色虚线显示旋转噪声矢量如何将单位矢量从其理想位置移位.此噪声矢量的大小相当于积分所有噪声功率和相位噪声图(在感兴趣的频率范围内)成一个图,如图5所示.

现在旋转噪声矢量具有幅度(以dBW为单位,相位噪声曲线的垂直轴是带宽每瓦的瓦数),它是一个简单的三角恒等式,将其转换为抖动数字(图6).然后将度数的抖动计算为生成信号矢量(载波+噪声)和完美Crystal Oscillator矢量(载波矢量)之间的最大角度.转换为时间表示为360度的度数并乘以载波频率的周期.

以秒为单位的抖动RMS=角度/360*T.