如今我国各项科技领域正在飞速发展当中，产品越做越高端和精密，采用的电子元器件要求也更高，石英晶体振荡器是比普通谐振器性能更优越的频率元件。一些重点国家工程如军用设备，人造卫星，载人航天工具，超级计算机等，除了OSC系列，还会应用恒温晶振，差分晶振，压控晶振等一类拥有低相位抖动特性的振荡器。那么什么是抖动？MtronPTI晶振公司是如何测量抖动的呢？

抖动的定义：

155.52 MHz的理想时钟信号在一个完整周期内的周期为6430皮秒。连续循环的“噪音免费的“波形将精确测量6430皮秒。噪声元素将导致时钟周期从6430 pS变化被称为抖动。抖动由确定性（来自电源噪声等特定原因）和随机内容组成。该可以使用高斯分布统计来表征抖动的随机部分。例如，连续三百个仅包含随机抖动元素的155.52 MHz晶振周期的测量结果将显示为高斯分布分布（有一个峰值）。正负一个标准差将包含所有周期测量数据点的68.26％：

+/-2西格玛将包含所有测量值的95.4％。

+/-3西格玛将包含99.73％。

+/-4 sigma将包含99.99366％

+/-7西格玛将包含（100-1exp-12）％的所有测量值。

具有较大标准偏差的高斯分布将具有更宽的尾部，与平均值相比更多的周期测量（越来越小）。从最小周期测量到最大周期测量的距离称为峰峰值抖动电平，以皮秒为单位。峰-峰值取决于样本大小。更大的样本测量相同的待测单元将产生更大的峰-峰值。标准偏差（1-sigma）的使用仅在纯高斯中有效分布。如果分布中存在任何确定性抖动（具有如下所述的特定原因），则使用1-sigma基于用于估计发生概率的整个抖动直方图是无效的。如果信号中存在确定性抖动，那么周期测量的直方图将包括多个峰值。它可能是抖动的主要贡献者，例如电源纹波调制时钟以产生多个峰值。或者，有源晶振信号可能包含许多次谐波功率。总抖动是随机抖动与确定性抖动交互的组合。

抖动的来源

随机抖动来自许多来源。半导体石英晶体结构的热振动导致迁移率变化在材料的瞬时温度。随机抖动的另一个来源是由于瑕疵造成的不完美半导体工艺变化，例如非均匀掺杂密度。多个随机抖动源以RMS方式添加，但是a将随机抖动添加到确定性抖动以获得峰值到峰值的总抖动时，需要峰峰值。确定性抖动由可识别的干扰信号产生。它总是以振幅为界，具有特定的原因（不是随机）。确定性抖动可以通过相邻信号迹线之间的串扰产生。增量时会发生这种情况来自一个导体的电感将来自相邻信号线的感应磁场转换成感应电流。这诱导了电流增加或减少电压，从而引起抖动。

EMI辐射可能导致确定性抖动。敏感的信号路径会受到来自EMI源的磁场的影响。EMI源包括电源，AC电源线和RF信号源。与串扰一样，在定时信号上感应出噪声电流路径，从而调制定时信号电压电平。

确定性抖动可以由多层衬底的功率层中的噪声产生。这种噪声可以改变阈值电压逻辑门。或者，在阈值电压下接地参考的变化将导致改变所需的电压以切换栅极。当多个门同时切换到相同的逻辑状态时，可能会出现确定性抖动。可以诱导电流尖峰电源和接地层，为阈值电压电平转换创造了另一个机会。

MTRONPTI如何测量抖动

MtronPTI晶振使用Wavecrest的时间测量系统，相位噪声系统和数字示波器来测量时域和时域频域抖动。虽然本教程将简要讨论测量技术，但Wavecrest已经编写了许多文章关于使用其设备进行抖动测量的基本原理的应用笔记。

两个特别的应用笔记包括：

DTS测量技术（入门）

抖动分析（入门）。

DTS测量两个事件之间的时间。在内部，许多时间测量（样本）被编译成直方图（图1正好在下面）。可以在前面板上查看基本统计数据，如样本大小，平均值，峰峰值和1-sigma。这个数据振荡器输出信号可通过GPIB传送到Wavecrest Virtual Instruments软件，API软件或用户定制的软件。来自数百或数千个直方图的数据可以编译成图，突出显示更多信息输出信号质量。抖动累积的具体值，如抖动频率和功率，以及确定性和确定性的大小随机抖动可以在这些图中显示。

石英晶体振荡器抖动图1

DTS测量两个事件之间的时间，即阈值交叉。数字采样示波器测量电压关于相对于触发器的时间。基于事件的测量允许DTS确定实际边缘位置在800以内femto-seconds（DTS的硬件分辨率）。采样范围在采样点之间插入数据以确定采样点的时间门槛。由于示波器取决于触发信号的使用，因此该波形上的任何抖动都可能会掩盖a抖动贡献者。来自业界领先供应商的一个特定数字示波器列出了1.5pS作为其均方根抖动误差测量设置。DTS使用事件的异步随机采样来建立事件的有效统计分布倍。它每21uS到25uS采集样本，与DUT工作频率无关。通过随机化获取时间，没有机会屏蔽出与采样率匹配的抖动信号。

1 Sigma周期从4个贴片振荡器IC循环抖动数据使用Wavecrest DTS-2075测量

石英晶体振荡器抖动图2

DTS测量系统包括许多软件工具，以增强人们对波形特征的理解。抖动分析工具允许用户查看抖动调制。例如，用户可以分别测量数百或数千个直方图由300个波形周期的样本测量组成。所有这些样本组的标准差可以是绘制以显示指定时间段内的累积抖动（图2直接在上面描绘）。其他石英振荡器关键波形可以以这种方式检查诸如上升时间，下降时间，传播延迟和频率之类的参数。

时域数据可以通过FFT连接到频域，以确定贴片晶振频率和幅度抖动组件。Wavecrest也提供超出本讨论范围的高级软件工具。尾巴TM值算法使用户能够分析多模态分布（多个峰值）。在非高斯分布中，高斯分布当可以计算这些尾部的等效1-sigma时，假设适用于尾部（最左边和右边区域）区域。以这种方式尾巴适合TM允许计算非高斯分布的边远测量的概率发生分布。

因此，对于给定波形的峰峰值抖动的预测可以在十亿个周期后近似（非常高的置信度）无需等待十亿个信号周期即可完成上电。另一个高级软件功能涉及在用户指定频率带宽时计算集成抖动SONET范围为12KHz至20MHz。根据设置中指定的贴片有源晶振样品测量数量，集成抖动测试每个单元需要0.5到1.5分钟。