在本輯的“秒懂時(shí)鐘”文章中，我想繼續(xù)上期關(guān)于時(shí)鐘相位噪聲測量中雜散的討論。上次我們說道，時(shí)鐘相位噪聲圖中的雜散信號是離散頻率分量。雜散通常很少且幅度較低，但通常不受歡迎，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響時(shí)鐘的總抖動(dòng)。

然而，雜散也可以用于時(shí)序設(shè)備的評估和表征。我們可以使用配置為低電平調(diào)制的實(shí)驗(yàn)室信號源將直接或間接的頻率分量作為輸入激勵(lì)應(yīng)用于時(shí)鐘設(shè)備或系統(tǒng)。然后用頻譜分析儀或相位噪聲分析儀測量得到的輸出時(shí)鐘雜散。

在這篇文章中，我將簡要回顧一下適合的信號調(diào)制選項(xiàng)。接下來我將討論一些值得注意的測量。最后，我將給出選擇示例的結(jié)果，抖動(dòng)傳輸。歡迎往下閱讀或點(diǎn)擊“閱讀原文”至Silicon Labs中文社區(qū)觀看完整文章。

大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室級別的發(fā)生器有三種基本的模擬調(diào)制選項(xiàng)，即AM，FM或PM，分別指的是調(diào)幅，調(diào)頻和相位調(diào)制。每個(gè)人都在我們的“ spur toolbox ”中占有一席之地。但首先，考慮下面的每個(gè)頻譜分析儀屏幕大小。該載波標(biāo)稱為100MHz，并且在距載波100kHz偏移的每一側(cè)有一對對稱的雜散信號。每個(gè)雜散距離載波約60dB。

你能告訴哪個(gè)屏幕上限對應(yīng)于AM，FM或PM嗎？不，不是，沒有額外的信息。在這個(gè)特定的例子中，圖像按字母順序排列。

那么，為什么他們很難區(qū)分呢？有幾個(gè)原因：

1. 頻譜分析儀只測量光譜的振幅，而不測量相位。在這個(gè)意義上，它就像一個(gè)電壓表。請參閱Keysight Technologies的Spectrum Analysis Basics應(yīng)用筆記。

2. FM和PM都是角度調(diào)制方法，它們的行為方式相同，只是其調(diào)制功能不同。 FM信號可以產(chǎn)生PM，反之亦然。

3. 最后，在低調(diào)制指數(shù)下，AM，FM和PM邊帶振幅看起來非常相似。

我們來看看最后幾點(diǎn)的細(xì)節(jié)。Keysight Technologies的Spectrum Analysis Amplitude and FrequencyModulation（https://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5954-9130.pdf）應(yīng)用筆記中附錄了以下關(guān)系。

注意：這些FM組件與AM的大小相同，但與AM不同，在下邊帶前有一個(gè)負(fù)號。但是，由于頻譜分析儀不保存相位信息，因此低調(diào)制AM，FM和PM組件看起來相同。

通常，AM，FM或PM的SSB或單邊帶雜散與載波比率是20 * log10（調(diào)制指數(shù)/ 2）。例如，給定200 Hz峰值頻率偏差和100 kHz頻率調(diào)制，我們預(yù)計(jì)SSB雜散如下：

SL = 20 log10 {(200/2)/100E3} = -60 dBc

現(xiàn)在，這里是使用FM與PM的實(shí)用方面。如果您的信號源支持PM，那么您可以直接輸入峰值相位調(diào)制量。當(dāng)您逐步調(diào)整頻率或刺激偏移頻率時(shí)，無需更改此設(shè)置。但是，如果您的信號源僅支持FM，則必須按照以下關(guān)系維護(hù)頻率調(diào)制指數(shù)。

在這種情況下，您需要調(diào)整峰值頻率偏差Delta-f以及調(diào)制頻率fm以保持Beta恒定。

通常，我們將使用頻譜分析儀或相位噪聲分析儀來測量頻域中的輸出時(shí)鐘雜散。我們選擇不同的調(diào)制方法，這取決于我們需要對系統(tǒng)應(yīng)用哪種激勵(lì)。下表總結(jié)了一些值得注意的測量。我將簡要地討論這些測試中的每一個(gè)，然后更詳細(xì)地關(guān)注最后一個(gè)測試。

您會(huì)注意到FM或PM可用于生成抖動(dòng)傳輸測試的輸入時(shí)鐘雜散。唯一需要跟蹤的是相位或頻率調(diào)制指數(shù)。現(xiàn)代AWG（任意波形發(fā)生器）通常支持AM，FM和PM。更高頻率的射頻和微波信號發(fā)生器也至少支持FM。

這里是關(guān)于表中提到的每個(gè)測試的更多細(xì)節(jié)。

高增益設(shè)計(jì)良好的時(shí)鐘緩沖器將傾向于抑制AM并且僅通過相位（定時(shí)）誤差。然而，沒有輸入時(shí)鐘緩沖器是完美的，并且可以發(fā)生一些AM-PM轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的機(jī)制和數(shù)量通常會(huì)根據(jù)調(diào)制頻率而有所不同。

該測試的設(shè)置是直接進(jìn)行的，即將輸入時(shí)鐘與AM一起使用，然后在幅度調(diào)制頻率處檢查輸出時(shí)鐘雜散偏移。進(jìn)行這種測試時(shí)需要注意幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

• 保持低的調(diào)制指數(shù)，因此實(shí)際上只有一個(gè)邊帶刺激的后果。

• 改變感興趣區(qū)域的調(diào)制頻率。

• 在頻譜分析儀或相位分析儀的輸入端使用限幅器，以便我們不必?fù)?dān)心儀器中的AM到PM轉(zhuǎn)換。

PSR或電源抑制類似于之前的測試，因?yàn)閼?yīng)用了AM。但是，在這種情況下，它不是調(diào)制的輸入時(shí)鐘。相反，AM通過電源間接引入，然后像以前那樣刺激測量。這種類型的測量還通過其他名稱，如PSRR（電源抑制比）或電源紋波測試。

除了早先的AM-PM注意事項(xiàng)之外，還有其他一些：

• 如果可能，我們通常要移除所有旁路電容。這消除了一個(gè)變量，并且更容易注入固定的幅度波動(dòng)，例如，在感興趣的頻率范圍內(nèi)進(jìn)入電源干線100 mVpp。比較設(shè)備時(shí)也比較公平。

• AM需要注入電源而不會(huì)影響儀器或其他系統(tǒng)組件。我們通常為此使用偏置式Tee。

• 一致性對低水平雜散測量很重要，因此在比較設(shè)備時(shí)盡量保持設(shè)置相同。

檢查時(shí)鐘PLL芯片傳輸曲線的一種相對快速的方法是應(yīng)用低電平PM或FM雜散信號，并將調(diào)制偏置頻率從遠(yuǎn)低于預(yù)期環(huán)路帶寬的地方調(diào)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它。然后使用相位噪聲分析儀，啟用Max Hold，您將看到施加的雜散是如何滾降的。雜散幅度的漸近線允許我們估計(jì)環(huán)路帶寬。

您可以通過查看相位噪聲來了解發(fā)生了什么，但使用固定的調(diào)制索引輸入時(shí)鐘可以更精確地測量傳輸函數(shù)。下面的兩個(gè)屏蔽帽是對Si5345抖動(dòng)衰減器應(yīng)用相位調(diào)制的25 MHz輸入時(shí)鐘（0.2°相位偏差），并在最大保持時(shí)間內(nèi)連續(xù)測量相位噪聲，以獲得100 MHz的輸出時(shí)鐘。

在下面的第一種情況下，DSPLL帶寬設(shè)置為400 Hz。如預(yù)期的那樣，該圖顯示注釋的漸近線在400Hz左右相交。拐角頻率附近的滾降略高于30 dB / dec。

在下面的第二種情況下，DSPLL帶寬設(shè)置為4 kHz。這次曲線顯示注釋的漸近線相交于4.5 kHz左右，比標(biāo)稱目標(biāo)稍寬。這里轉(zhuǎn)角頻率附近的滾降看起來接近25dB / dec。

使用Max Hold功能可以讓我們進(jìn)行手動(dòng)測量。然而，我們可以使用平均和存儲(chǔ)運(yùn)行集合中的雜散幅度來進(jìn)行更仔細(xì)的測量，以準(zhǔn)確表征DUT的環(huán)路帶寬。

與往常一樣，如果您有建議，或者有問題想要回答，請發(fā)送郵件至kevin.smith@silabs.com，并在主題行中添加Timing 101字樣。