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時(shí)鐘相位噪聲測(cè)量中雜散的討論及應(yīng)用

Silicon Labs ? 來源:互聯(lián)網(wǎng) ? 作者:佚名 ? 2018-03-23 09:07 ? 次閱讀
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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(cè)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(hào)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(píng)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(hào)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(cè)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(hào)調(diào)制選項(xiàng)。接下來我將討論一些值得注意的測(cè)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Silicon Labs中文社區(qū)觀看完整文章。

調(diào)制選擇,既不是所有雜散都是相等的

大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的發(fā)生器有三種基本的模擬調(diào)制選項(xiàng)AM,FMPM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(duì)對(duì)稱的雜散信號(hào)。每個(gè)雜散距離載波約60dB。

你能告訴哪個(gè)屏幕上限對(duì)應(yīng)于AMFMPM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(cè)量光譜的振幅,而不測(cè)量相位。在這個(gè)意義上,它就像一個(gè)電壓表。請(qǐng)參閱Keysight TechnologiesSpectrum Analysis Basics應(yīng)用筆記。

  2. FMPM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(hào)可以產(chǎn)生PM,反之亦然。

  3. 最后,在低調(diào)制指數(shù)下,AMFMPM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 TechnologiesSpectrum Analysis Amplitude and FrequencyModulationhttps://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(hào)。但是,由于頻譜分析儀不保存相位信息,因此低調(diào)制AM,FMPM組件看起來相同。

通常,AM,FMPMSSB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FMPM的實(shí)用方面。如果您的信號(hào)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(hào)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。

那么,我們可以用調(diào)制雜散進(jìn)行哪些測(cè)試

通常,我們將使用頻譜分析儀或相位噪聲分析儀來測(cè)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(duì)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(cè)量。我將簡要地討論這些測(cè)試中的每一個(gè),然后更詳細(xì)地關(guān)注最后一個(gè)測(cè)試。

您會(huì)注意到FMPM可用于生成抖動(dòng)傳輸測(cè)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,FMPM。更高頻率的射頻微波信號(hào)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(cè)試的更多細(xì)節(jié)。

輸入AM到PM轉(zhuǎn)換

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(cè)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(cè)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AMPM轉(zhuǎn)換。

PSR

PSR電源抑制類似于之前的測(cè)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(cè)量。這種類型的測(cè)量還通過其他名稱,如PSRR(電源抑制比)或電源紋波測(cè)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(duì)低水平雜散測(cè)量很重要,因此在比較設(shè)備時(shí)盡量保持設(shè)置相同。

抖動(dòng)傳輸

檢查時(shí)鐘PLL芯片傳輸曲線的一種相對(duì)快速的方法是應(yīng)用低電平PMFM雜散信號(hào),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(cè)量傳輸函數(shù)。下面的兩個(gè)屏蔽帽是對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(qǐng)發(fā)送郵件至kevin.smith@silabs.com,并在主題行中添加Timing 101字樣。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:秒懂時(shí)鐘Part 7: 探討時(shí)鐘相位噪聲測(cè)量中的雜散(下篇)

文章出處:【微信號(hào):SiliconLabs,微信公眾號(hào):Silicon Labs】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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