关于有源晶振的相位抖动和相位噪音

罗小群

关于有源晶振的相位抖动和相位噪音

在通信网络、无线传输、ATM和SONET等高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率。不仅如此，它还会导致通信链路的误码率增大，甚至限制A/D转换器的动态范围。有资料表明，在3GHz以上的系统中，时间抖动（jitter）会导致码间干扰（ISI），造成传输误码率上升，这就要求晶振选型必须满足严格的抖动指标。

抖动

抖动分确定性抖动（Deterministic jitter，DJ）和随机性抖动（Random jitter，RJ）两种。DJ通常幅度有限，以单位时间表示；RJ为高斯分布，以RMS均方根值表示，RMS Jitter值大小与振荡输出频率成反比。

（晶体振荡器的RMS Jitter值与输出频率成反比）

晶振的抖动通常由噪声引起，并导致频率不稳定。对于精密电子仪器、无线电定位、高速目标跟踪和宇航通信等应用领域，选择低噪声晶振十分重要。

相位噪声

相位噪声（Phase Noise）是抖动在测量仪器上的表现，通常定义为一个振荡器在某一偏移频率fm处1Hz宽带内的单边信号功率和信号总功率比值，单位是dBc/Hz，通常表示为dBc/Hz@fm。

若没有相位噪声，振荡器的整个功率都集中在f0（10MHz为例），功率频谱就是一条以f0为中心的直线，且信号为纯正的正弦波。但是任何信号都有不稳定性，从而产生了边带sideband。

相位噪声的来源主要有三方面：

1、晶体品质Q值。高频晶体有很高的近载波相位噪声（Close-in Phase Noise），因为它们有低的Q值和更宽的边带。

2、晶体外围电路：包括包括IC、RC元件、引脚等。

3、信号输出（白噪声）。

通常来说，晶体振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO和OCXO振荡器以及其它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。例如，对于需要低噪声、稳定和精确时钟源的工业级设备（比如收发器模块或数据中心），可选择150fs小型塑封石英PLL振荡器；而通讯、导航、雷达应用领域的要求会有更高如50fs，这需要将100MHz以上基波起振的高频石英晶体单元与噪音特性优越的振荡IC相组合。

罗小群

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