TIE、Jperiod和Jcycle-cycle三种抖动指标之间的关系如下:
TIE的微分可以得到周期抖动。
其中,Δtpn为周期抖动, tn为实际周期,T0为理想周期,ΔtIEn为TIE抖动。
周期抖动(period jitter)的微分可以得到cycle-cycle jitter。
其中,Δtcn为周期抖动, tn为实际周期,Δtpn为周期抖动。
三者的关系可以用下图表示:
3、相噪介绍
相位噪声反映的是单载波信号的频谱纯度,如果没有相位噪声,信号的所有功率都应集中在其振荡频率f0处(下图左Carrier),这个理想信号用Asin(ωt)表示。由于存在相位噪声(下图左Noise),相当于在理想信号上调制了一个Φ(t)相位信号,此时整个信号表示为Asin(ωt+Φ(t))。在频谱上体现为一部分功率扩展到相邻的频率中去,形成边带(下图右)。相噪定义为单边带某一给定偏移频率fn处1Hz带宽内的功率Pn与信号总功率Ps比值的对数,即 10lg(Pn/Ps),相噪以dBc/Hz@fn为单位来表示。这里dBc的含义是某频点功率与信号总功率的比值(下图右),对应于时钟相位偏移与时钟周期的比值。
4、相噪测量
相噪测量一般使用相噪仪进行,由于技术发展,现在相噪仪不仅可以测量相噪,还可以分析电源等其它信号的噪声,所以相噪仪也称为信号分析仪。相噪仪的原理与频谱仪类似,但是更加精密,并增加了一些特定的分析功能,因此使用频谱仪也可以粗略地测试相噪。相噪仪测试相噪有多种测量方法,但使用最广泛的还是频谱分析法和鉴相法这两种测量原理。
4.1 频谱分析法
频谱分析法是对时钟信号进行频谱分析,先测量信号总功率Ps,再测量某一偏移频率出的功率Pn,再经过计算便可得到该被测时钟的单边带相位噪声。频谱分析法是一种简单直接的相噪分析技术,适宜于测量漂移较小但相位噪声相对较高的信号;但是频谱分析法不能分辨出调幅噪声和相位噪声,测试波形不太完美的时钟信号相噪时会存在较大误差;另外由于频谱仪的动态范围和最小分辨带宽的限制,测量精度受限。
4.2 鉴相法
鉴相法采用外差混频方式将被测时钟信号转化至中频,在中频用一个锁相环提取出被测时钟信号的载波信号,再将该信号与被测信号正交鉴相,从而提取被测时钟信号的相位噪声Φ(t) ,处理后得到频域相噪SΦ(f) ,进一步积分可以得到L(f) ,L(f)对应于RMS相噪。鉴相法的优点是动态范围大,相噪电平采用低噪放大器提高灵敏度,并且可以分辨调幅噪声和相位噪声。