相位噪聲和抖動都是描述振蕩器穩定性的方法.相位噪聲描述頻率域的穩定性,而抖動描述時間域的穩定性.考慮SPXO晶體振蕩器穩定性的域選擇通常取決于應用.從事雷達、基站設計等工作的射頻工程師.將對相位噪聲感興趣,因為較差的相位噪聲性能會影響上/下轉換和通道間距.在時分復用(現代電信基礎設施的主要部分)領域工作的數字工程師會對抖動感興趣,因為抖動性能差會導致網絡故障和過多的重發流量.
當指定噪聲性能時,測試必須給測量施加一些”邊界”.對于相位噪聲,這是“從–到”數字的簡單形式(例如,從10赫茲到1赫茲的相位噪聲).對于抖動測量,它稍微復雜一點.要指定抖動,需要指定采樣周期和帶寬.通常被遺忘的是”邊界”的一部分.

接下來要考慮的是用于測量的測試設備.相位噪聲的測量是通過將被測振蕩器正交鎖定在參考振蕩器上實現的,如圖1所示.正交鎖定的效果是去除載波頻率,只留下與相位無關的噪聲分量.低通濾波器不是用來過濾相位噪聲,而是用來重新移動2x頻率分量.(鑒相器(混頻器)產生兩個輸入頻率的和(2x)和差,我們只對差感興趣,即沒有載波頻率的部分).低噪聲放大器的開關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于被測石英晶體振蕩器,并且測試設置中的其他組件沒有添加可測量的噪聲,則頻譜分析儀正在測量被測振蕩器的相位噪聲性能,而不是測試系統.

有源晶振抖動測量通常使用快速數字存儲示波器,在一個前沿觸發,然后觀察下一個前沿的時間位置(圖2).這種方法作為測量方法有一些缺點.測量的帶寬通常是未知的(它是示波器帶寬的DC嗎?),樣本數量和樣本時間未知,存在與觸發點相關的不確定性,您是在測量test下振蕩器的抖動還是示波器內部時基振蕩器的抖動.

為了描述時域中的固定頻率,我們使用圍繞具有恒定角速度的單位圓旋轉的單位矢量的理論(圖3).

為了使該波形呈現抖動,單位矢量必須在稍微變化的時間內完成其繞單位圓的行程,即,角速度必須不斷加速和減速.這實際上是頻率調制,我們知道,對于穩定的普通有源晶振,或者不是這樣的情況,所以發生了其他事情.單位矢量稍微提前或稍晚的X軸的真正原因是一個小的噪聲矢量旋轉如圖4所示,在單位矢量的末尾附近(但為了清楚起見,這一點被夸大了).

紅色實線是單位vect或粉紅色虛線顯示旋轉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)成一個圖,如圖5所示.

現在旋轉噪聲矢量具有幅度(以dBW為單位,相位噪聲曲線的垂直軸是帶寬每瓦的瓦數),它是一個簡單的三角恒等式,將其轉換為抖動數字(圖6).然后將度數的抖動計算為生成信號矢量(載波+噪聲)和完美Crystal Oscillator矢量(載波矢量)之間的最大角度.轉換為時間表示為360度的度數并乘以載波頻率的周期.

以秒為單位的抖動RMS=角度/360*T.