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发信人: bood (赢艺@布袋), 信区: HITEA
标  题: 电路设计中对时钟晶体振荡器的考虑 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年11月01日08:16:33 星期四), 站内信件

在最近几年，为了定义频率源的短期稳定性，“频率抖动”这个词变得流行起来。晶体控制
时钟振荡器通常是任何数字通信系统的心脏，在这类系统中，过大的抖动会增加位误差率（B
ER）。
　　任何系统中的最佳短期稳定性必须从振荡器着手——所有其他信号的处理只会增加不稳定
性，系统时钟的短期稳定性通常约占抖动预算的10%。
频率的抖动
　　晶体控制时钟中的频率不稳定性是由所产生的信号的无意识调制形成的，这种调制是由于
振荡器和缓冲级中由有源器件所产生的噪声、晶体噪声以及通过电源而引入振荡器中的噪声所
造成的。
图：由示波器、频率计数器、计算机、打印机和电源组成的典型抖动的测量方法。
　　晶体时钟可以在振荡器谐振器的有载带宽内的任何频率处振荡，尽管晶体谐振器的带宽非
常窄，由振荡器产生的信号还会存在一些不稳定性。
　　可用几种不同的方式来测量和表达频率的短期稳定性，在该频域内，针对用频谱分析仪测
量的偏移频率，以dBc/Hz来规定单边带相位噪声。
　　在该时域内，针对规定的测量时间，用由频率计数器测量的输出频率的变化除以输出频率
来规定Allan方差。此外，在该时域内，用由示波器测量的微微秒来规定频率的抖动。
频率抖动的测量
　　通过观察示波器上的输出信号并测量在零点几秒内信号周期的偏移量来测量时钟的抖动。
它被定义为输出转换过程中距其理想位置的偏移。可以用两种不同的方式来测量，周期抖动（
最通用的测量）是测量连续的不相邻时钟边沿之间的周期差。周期到周期的抖动被定义为从一
个周期到下一个周期的时钟输出周期的偏移。
设计上需要考虑的问题
　　当在一个对时钟抖动敏感的电路中使用时钟振荡器时，系统的设计者必须考虑几个因素。
在时钟信号中呈现两种形式的抖动，一种是随机抖动，而另一种是由非随机的过程引起的抖动
。
　　内部的随机噪声和内部的调制是由所产生的内部寄生频率引起的，这是振荡器制造商的责
任。接地系统和电源母线上的随机噪声和寄生频率必须靠系统或电路板方面的厂商减至最小。

　　有几种主要的设计要点能大大地降低引入噪声的机会，这种噪声会无意识地调制时钟振荡
器：
　　●信号接地平面必须充分避免地线发射和寄生振荡。
　　●由于具有1ns上升和下降时间的100MHz时钟产生的奇次谐波频率正好进入微波波段，良
好的射频和微波电源线的旁路是非常重要的。建议在振荡器的输入电源线上至少要用4.7μF电
容与0.01μF电容并联加以旁路。
　　●从振荡器到负载的信号线一定要短而且电感要低，信号线上的电感由于对地有杂散电容
而会在输出波形上引起振铃。
　　●电源母线应当不含系统的伪信号、电压调节器噪声以及纹波。
　　●应适当地给时钟加载，并且不要使伪信号反射回来，进入时钟的输出端。输出波形一定
要有纯净的上升和下降边沿。
抖动的测量装置和方法
　　当我们要对抖动加以测量时，有些因素必须加以考虑（参见用于典型频率测量的方框图）
：
　　●必须使用带有高速时钟抖动分析软件的高性能宽带示波器。
　　●由于被测的峰到峰是在差不多±4时求和，所以要使被测值的数目最大（大于25000）。

　　●为了在前沿上捕获多个样本，要采用采样速率为8-G样本/秒的示波器。
　　●应当很好地设计测试装置，以便在适当的时钟负载下维持信号边沿的洁净度。
　　●在靠近被测示波器的电源线上，推荐用一个的4.7μF电容与0.01μF电容并联，以便获
得低噪声的时钟电源。

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