技术支持

客服支持

客服：400-888-5058 总机：025-52188228 邮箱：nj@nscn.com.cn

什么是晶振的相位噪声和抖动

概述：相位噪声（Phase noise）和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。
但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。
IEC标准定义：振荡器短期频率稳定度的频域量度，通常用相应起伏功率谱密度SΨ(f) 表示，其中相位起伏函数为Ψ(f)=2πFt-2πF0t
注：抖动是振荡器短期频率稳定度的时域量度，实际上和相位噪声都是频率短期稳定度的一种度量方式。

一、抖动是一个时域概念

抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。通常，10 MHz以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。造成确定性抖动的来源主要有4种：
.
1. 相邻信号走线之间的串扰：当一根导线的自感增大后，会将其相邻信号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小，从而造成抖动。
2. 敏感信号通路上的EMI辐射：电源、AC电源线和RF信号源都属于EMI源。与串扰类似，当附近存在EMI辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。
3. 多层基底中电源层的噪声：这种噪声可能改变逻辑门的阈值电压，或者改变阈值电压的参考地电平，从而改变开关门电路所需的电压值。
4. 多个门电路同时转换为同一种逻辑状态：这种情况可能导致电源层和地层上感应到尖峰电流，从而可能使阈值电压发生变化。
随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。另外，半导体加工工艺的变化，例如掺杂密度不均，也可能造成抖动。
随机抖动最基本的一个特性就是随机性，因此我们可以用高斯统计分布来描述其特性。例如，对一个只包含随机抖动因素的时钟振荡器的振荡周期进行100次连续测量，测量结果会呈高斯分布（或称正态分布）。在其均值加减1个标准差的范围内包含了所有周期测量数据的68.26%，在其均值+/- 2倍标准差的范围内包含所有测量数据的95.4 %，+/- 3倍标准差范围内包含99.73%的测量数据，+/- 4倍标准差范围内包含99.99366%的测量数据。
从这种正态分布中，我们可以得到两种常见的抖动定义：
1. 峰峰值抖动，即正态曲线上最小测量值到最大测量值之间的差距。在大多数电路中，该值会随测量样本数的增多而变大，理论上可达无穷大。因此，这种测量意义不大。
2. RMS(均方根)抖动，即正态分布一阶标准偏差的值。该值随样本数的增加变化不大，因而这种测量较有意义。但这种测量只在纯高斯分布中才有效，如果分布中存在任何确定性抖动，那么利用整个抖动直方图上的一阶方差来估计抖动出现的可能性就是错误的。
3. 多个随机抖动源可以用RMS方式相加。但要得到总的抖动，需要利用峰峰值，以便将随机抖动与确定性抖动相加。

二、相位噪声是频率域的概念

相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。
如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带 (sideband)。从图2中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。
相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。
在图2中，相位噪声是用偏移频率fm处1Hz带宽内的矩形的面积与整个功率谱曲线下包含的面积之比表示的，约等于中心频率处曲线的高度与fm处曲线的高度之差。该曲线显示的是一个带噪声相角的振荡器的功率谱，这些噪声相角自身的波动见图3。
图2所示为振荡器的功率谱，而图3所示为噪声相角的谱，也叫相位波动的谱密度。对于距离中心频率足够远的偏移频率，从图2所示功率谱中测得的以dBc/Hz为单位的相位噪声等于图3中所示的该频率处相位波动谱密度的值。
图3中的密度谱是以对数坐标表示的，其中，相位噪声边带以1/fm2或20 dB/十倍频程的速度下降。实际上，在噪声边带中的某些地方，随着相关噪声过程的不同，相位噪声可能会以1/f3、 1/f2甚至 1/f0的速度下降。
下降速度为1/f2的区域被称作“白色频率”变化区，这个区域中的相位变化是由振荡器周期中白色的或非相关的波动引起的。振荡器在该区域中的行为由振荡器电路中元件的热噪声决定。当偏移频率足够低时，元件的闪烁噪声通常也会起作用，导致该区域的谱密度以1/f3的速度下降。
此外，还有一点值得注意，当图3中偏移频率趋于0时，边带噪声会趋于无穷大。这恰好与自由运行振荡器中理应出现的时序抖动行为相符。

选型参考

EPSON/爱普生晶振编码规则与型号

市场上目前流行的EPSON晶振的编码广泛意义上至少有三种，分别是当前中国市场使用的晶振型号命名规则（新规则）、北美市场晶振型号命名规则（废弃的规则）以及产品编码。同一个爱普生晶振却对应三种的编码规则，可能有些采购工程师和设计工程师会有点疑惑，E

常见问题
低噪音晶振电路设计指南

下面是一个爱普生晶体振荡器电路图，该晶振的输出具有高光谱纯度，并且很稳定。晶体管除了决定振荡器的频率，还可用作一个不期望谐波的低通滤波器，和边带噪音的带通滤波器。噪音带宽限制在低于100Hz。所有更高的谐波实际上为4MHz的基本振荡频率的第三

选型与应用
实时时钟模块最小包装数量与公差

产品代号型号频率公差 [x10-6] 标准包装 X1B000232000100 RX6110SA B: 523 1000 pcs/ Reel L 4 Wire SPI 产品代号型号频率公差 [x10-6] 标准包装 X1B000132000100 RX-4803SA UB:5/-40 to+85C 1000 pcs/ Reel L X1B000122000200 RX-4803LC UB:5/-40 to+85

常见问题
爱普生晶振样品-EPSON贴片晶振样

样品申请，请点击下载EXCEL表单 | 为什么要选用爱普生晶振原厂的样品？在产品设计中，样品选择是非常重要的工作。原厂样品其特性参数明确，一致性良好，可以让客户在产品设计阶段获得更多品质保证，从而大大缩短产品研发周期。同时，避免产品在初期设计与批

常见问题
为什么要用内置晶体的实时时钟芯

实时时钟（RTC）可独立完成计时或事件记录的功能。目前很多电子产品都具有时钟计时功能，而且对时钟的精度要求越来越高。RTC 产品种类繁多，根据封装尺寸、接口方式、附加功能、时钟精度、待机功耗等进行分类。产品结构上又可分为内置晶体和外置晶体两种。

选型与应用
恒温晶振（OCXO）的用途与主要参

恒温晶体振荡器简称恒温晶振，英文简称为OCXO（Oven Controlled Crystal Oscillator），属于有源晶振。其特点是高频化、高频率稳定度和低相位噪声，主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备。利用恒温槽使晶体振荡器中石英

常见问题

南京南山在线客服中心

工厂请加:

点击这里

贸易请加:

点击这里

选型支持:

点击这里

样品散料:

点击这里

旺旺客服:

电话：400-888-5058