IC時(shí)鐘分配系統(tǒng)中的鎖相環(huán)

　　這些相位變化既可能是離散型(確定性)的，也可能是連續(xù)型(隨機(jī)性)的。離散型變化被稱之為雜散頻率，如圖3所示，可在頻譜密度圖中看到這些變化。大部分雜散都與信號(hào)源中的已知現(xiàn)象有關(guān)，譬如電源頻率、振動(dòng)頻率等等。由于我們對(duì)這些過程均已了解，因此將它們稱之為確定性變化，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)注意即可避免。另一方面，連續(xù)型相位波動(dòng)是由于隨機(jī)的噪聲現(xiàn)象造成的，譬如白噪聲和閃爍噪聲等環(huán)境噪聲。

RMS相位抖動(dòng)：

　　相位噪聲與相位抖動(dòng)之間關(guān)系密切。相位噪聲是頻域中表示時(shí)鐘噪聲的方法。另一方面，相位抖動(dòng)則是時(shí)域中表示時(shí)鐘信號(hào)不穩(wěn)定的方法。從相位噪聲圖中，選擇目標(biāo)偏移頻率范圍，然后求取該范圍內(nèi)的相位噪聲積分，即可獲得RMS相位抖動(dòng)。

　　對(duì)于方波，大部分能量均在載波頻率上。但是，一定頻率范圍內(nèi)會(huì)泄漏部分信號(hào)能量。相位抖動(dòng)就是兩種偏移頻率之間所包含的相位噪聲能量相對(duì)載波 (fc)的數(shù)量。圖4所示為相位噪聲圖(請(qǐng)注意，僅顯示單邊帶)以及用于確定RMS相位抖動(dòng)的積分范圍(f1至f2)。偏移頻率范圍取決于應(yīng)用要求。

　　計(jì)算等效RMS抖動(dòng)時(shí)，第一步應(yīng)該是獲得目標(biāo)頻率范圍內(nèi)(即曲線下的區(qū)域)的相位噪聲功率積分值。曲線被分割成許多個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域利用兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)即可確定。一般而言，求積分時(shí)，所采用的頻率上限應(yīng)該是理想應(yīng)用采樣頻率的兩倍，以ADC為例(假設(shè)振蕩器與ADC輸入之間并無抖動(dòng))。這數(shù)字接近于ADC采樣時(shí)鐘輸入的帶寬。

　　選擇求積分所用頻率下限時(shí)，同樣需要進(jìn)行判斷。理論上，應(yīng)該盡量低，以獲得真實(shí)的RMS抖動(dòng)。但是在實(shí)踐中，振蕩器規(guī)范一般不適用于10Hz以下的偏移頻率，盡管這也可以產(chǎn)生足夠準(zhǔn)確的結(jié)果。大多數(shù)情況下，求積分頻率低于100Hz是比較合理的，但前提是振蕩器規(guī)范能夠滿足此要求。否則，就使用1-kHz或10-kHz的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果需要采用低抖動(dòng)的采樣時(shí)鐘，則一般禁止使用低噪聲專用晶體振蕩器。替代方法是采用PLL與電壓控制型振蕩器，以“清理”系統(tǒng)時(shí)鐘噪聲。

　　窄帶寬環(huán)路濾波器配合電壓控制型晶體振蕩器(VCXO)的相位噪聲一般是最低的。PLL趨向于降低“近載波”相位噪聲，同時(shí)可以降低總體相位噪聲底限。PLL輸出配以適當(dāng)?shù)膸V波器可以進(jìn)一步降低白色噪聲底限。以預(yù)期偏移頻率范圍(f1 至 f2)上的相位噪聲積分區(qū)為例，運(yùn)用下列公式計(jì)算RMS相位抖動(dòng)：

附加相位抖動(dòng)：

　　現(xiàn)在，我們假設(shè)采用時(shí)鐘緩沖器而并非時(shí)鐘發(fā)生器來分配單源時(shí)鐘輸入所產(chǎn)生的多個(gè)時(shí)鐘副本。對(duì)于高性能時(shí)鐘器件而言，它們并非采用輸出相位抖動(dòng)數(shù)量測量性能——因?yàn)榇藬?shù)值取決于時(shí)鐘源的輸入相位抖動(dòng)——而是采用附加相位抖動(dòng)評(píng)估時(shí)鐘源的質(zhì)量。附加相位抖動(dòng)考慮到了整個(gè)輸出相位抖動(dòng)中，緩沖器件所貢獻(xiàn)的相位抖動(dòng)數(shù)量。如此一來，對(duì)比緩沖器件時(shí)，無需考慮測量時(shí)所采用的輸入質(zhì)量。

　　時(shí)鐘相位抖動(dòng)是許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，因此，我們需要準(zhǔn)確測量各個(gè)組件的相位抖動(dòng)貢獻(xiàn)，這一點(diǎn)非常重要。根據(jù)可用的硬件和測試設(shè)置，計(jì)算時(shí)鐘樹組件附加抖動(dòng)一種最簡單方法就是“平方和”法。測量被測器件(DUT)輸出端總的RMS相位抖動(dòng)，然后測量DUT源輸入信號(hào)的RMS相位抖動(dòng)，即可運(yùn)用下列公式計(jì)算出DUT的附加RMS抖動(dòng)：

　　式中，Φ表示RMS相位抖動(dòng)。采用上述方法時(shí)，最好設(shè)置質(zhì)量極高的低相位噪聲基準(zhǔn)，以便是由DUT而非源輸入貢獻(xiàn)絕大部分的抖動(dòng)。要想獲得所需的性能水平，應(yīng)采用OCXO作為基準(zhǔn)源。