另外,鉴相法还可以进一步增加互相关技术来增加灵敏度。互相关技术是将两路鉴相法组合起来,对其输出信号执行互相关操作。待测时钟的噪声通过每路通道仍然是相关的,不受互相关影响;每路通道内部产生的噪声是不相关的,被互相关操作抑制。引入互相关技术后无需特别精密的器件就可以实现更高的测量灵敏度。
5、抖动与相噪分析及转换
5.1 相噪转化为抖动的计算
相位噪声到抖动的转化,可以有如下的公式推导。
频率f1到f2的相噪频谱积分可得到相噪Φ(t)的RMS值的平方(RMSΦ(t))2:
其中,SΦ(t)为相噪频谱,L(f) 为积分后的相噪。由于相噪曲线为不规则曲线,运算量很大,实际测量时该积分运算由仪器完成。
总的信号可以表示为以下函数:
其中C(t)表示总的信号,Φ(t)表示调制其上的相位噪声。将Φ(t)与周期/频率结合起来可以得到TIE抖动的表示为:
另有,TIE抖动的RMS值为:
其中,L(f)是关心频段内相噪的积分。
从下面的测量可以得到10Hz到30MHz的积分相噪是-51.5dBc,以该测量为例计算:
UI=1/999.999992MHz≈1ns
RMS JTIE=3.763mrad*1ns/2π=0.215° *1ns/360°=0.5972ps
5.2 相噪与抖动测量值的比较
下面四幅图分别是时域的TIE、Jc-c、Jperiod和频域的相噪,可以看到四个测量值有很大的差异,原因可能有以下几点:
• 相噪测试时设定了具体的积分带宽,这个带宽一般在几十兆Hz以内。而时域抖动测试并没有带宽限制,其带宽限制只取决于示波器仪器本身;
• 仪器在测量过程中引入噪声,这里示波器的底噪大于相噪仪,引入的噪声会更大些;
• 相噪仪只是观察到每一个时刻的噪声,示波器可以累积观察一段时间的噪声;
• 相噪测试时以输入信号本身的频率作为基频,忽略了信号的频偏;而示波器测量TIE时会以理想时钟作为参考。
6、小结
抖动测量就像是盲人摸象,每种方法都有其局限性。工程师需要深入了解系统的抖动的要求,以及各种抖动测量技术的原理和优劣,根据需要选择合适的抖动测量评估方法。