在本篇文章——噪聲源時(shí)鐘樹第2部分  中，我們將更詳細(xì)地討論如何計(jì)算包含抖動(dòng)衰減器的噪聲源時(shí)鐘樹的總抖動(dòng)。同時(shí)還將提供測(cè)量和相關(guān)數(shù)據(jù)表示例。

　　概述

　　在第1部分中，我們首先討論了低抖動(dòng)源規(guī)范時(shí)鐘樹和如何通過RSS計(jì)算總抖動(dòng)，并回顧了抖動(dòng)傳遞，抖動(dòng)生成和加性抖動(dòng)等術(shù)語(yǔ)。 接著我介紹噪聲源時(shí)鐘樹，添加抖動(dòng)衰減的動(dòng)機(jī)，以及如何計(jì)算其總抖動(dòng)。

　　正如上一單元所提及，跟隨時(shí)鐘信號(hào)從時(shí)鐘樹組件到接收器或目的地，將被視為處理相位噪聲  的系統(tǒng)。 也就是說，如果我們知道每個(gè)時(shí)鐘樹組件的相位噪聲特性，我們就應(yīng)該能夠在特定的抖動(dòng)帶寬上估計(jì)結(jié)束時(shí)鐘相位噪聲及其相位抖動(dòng)。

　　我認(rèn)為這種方法更普遍性和準(zhǔn)確性——它可應(yīng)用于所有類型的時(shí)鐘樹，有噪聲源和抖動(dòng)衰減器或沒有噪聲源和抖動(dòng)衰減器。

　　基本理念

　　一般方法如下所示。每個(gè)時(shí)鐘樹可看作級(jí)聯(lián)相位噪聲處理元件，并可從常規(guī)意義上建模為抖動(dòng)生成（JGEN）相位噪聲的RSS與抖動(dòng)傳遞函數(shù)（JTF），一并應(yīng)用于縮放輸入時(shí)鐘相位噪聲。

　　這是因?yàn)榭s放使得對(duì)RSS有貢獻(xiàn)的組件都處于相同的載波頻率。 在以下的例子中，將會(huì)呈現(xiàn)更加清晰得細(xì)節(jié)。

　　上圖的說明了通用時(shí)鐘樹組件模型，適用于抖動(dòng)衰減器的情況，同時(shí)該抖動(dòng)衰減器對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行乘法或除法。 但實(shí)際上對(duì)于任意時(shí)鐘樹組件，并非通用模型的所有方面都適用或容易獲得：

　　1、獨(dú)立時(shí)鐘源（如元素“1”處的XO，時(shí)鐘樹的根）沒有輸入時(shí)鐘，因此JTF分支被清零。 它可以簡(jiǎn)單地建模為JGEN，即源的輸出時(shí)鐘相位噪聲。

　　2、典型的時(shí)鐘發(fā)生器具有寬帶寬，因此JTF貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)，它也可以簡(jiǎn)單地建模為JGEN。

　　4、時(shí)鐘緩沖器沒有PLL，因此JGEN不適用，JTF通常也不可用。 我們必須依賴于在特定帶寬上指定的附加抖動(dòng)或進(jìn)行進(jìn)一步的表征。

　　一個(gè)實(shí)用的測(cè)量實(shí)例

　　讓我們考慮以下簡(jiǎn)化框圖。當(dāng)使用任意波形發(fā)生器或AWG作為噪聲50MHz輸入時(shí)鐘源，然后使用Si5345評(píng)估板時(shí)，Si5345同時(shí)具有抖動(dòng)衰減和時(shí)鐘倍頻功能。 緊接著使用Si53301時(shí)鐘緩沖評(píng)估板跟蹤抖動(dòng)衰減器（JA），抖動(dòng)衰減器和時(shí)鐘緩沖器的輸出時(shí)鐘均為156.25 MHz?！?/p>

　　無需使用平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器或限制器，只需直接進(jìn)出測(cè)試設(shè)備的單端連接和抖動(dòng)衰減器與時(shí)鐘緩沖器之間的差分連接。未測(cè)量的輸出時(shí)鐘極性則會(huì)在時(shí)鐘緩沖器EVB上終止。

　　計(jì)算相位抖動(dòng)

　　在隨后的工作中，我們常常想要從相位噪聲L（f）（dBc / Hz）與偏移頻率f（Hz）的數(shù)據(jù)集計(jì)算RMS相位抖動(dòng)，即在選定頻率范圍內(nèi)的積分相位噪聲。 出于本練習(xí)的目的，我們忽略這些本應(yīng)包括在內(nèi)的支線。

　　一般程序如下：

　　1、將SSB相位噪聲數(shù)據(jù)L（f）從dBc / Hz轉(zhuǎn)換為W / Hz。

　　2、“Brickwall”通過選定的抖動(dòng)濾波器帶寬過濾數(shù)據(jù)。 在本例中，我們采用12 kHz至20 MHz。 （斜率濾波器也可以使用，但不能用于這些特定的電子表格。）

　　3、在抖動(dòng)濾波器帶寬上，取當(dāng)前點(diǎn)和之前點(diǎn)相位噪聲測(cè)量值（W / Hz）的平均值乘以偏移頻率的差值（Hz）。

　　4、將所有這些抖動(dòng)功率貢獻(xiàn)進(jìn)行總和。

　　5、雙倍計(jì)算DSB比率或雙邊帶寬，然后轉(zhuǎn)換為UI或單位間隔。

　　6、  ，從UI轉(zhuǎn)換為通常為fs的時(shí)域單位。

　　如將展現(xiàn)的數(shù)據(jù)，使用該技術(shù)的工作表計(jì)算的值非常接近相位噪聲儀器  的值。

　　測(cè)量步驟

　　附上一個(gè)電子表格Phase Jitter Calcs Clock Tree Without Spurs.xlsx，并將它用于記錄結(jié)果并將結(jié)果與Agilent E5052B屏幕蓋形式的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值進(jìn)行比較。 按以下工作表順序列出了9個(gè)總測(cè)量步驟。

　　詳情如下：（ 計(jì)算工作表上的約定是輸入數(shù)據(jù)為黃色單元格）

　　1、50 MHz AWG測(cè)量數(shù)據(jù) - 測(cè)量AWG的50 MHz相位噪聲。 這是輸入至抖動(dòng)衰減器的時(shí)鐘相位噪聲。 在此工作表中，導(dǎo)入了包含在標(biāo)稱0 dBm和50 MHz下工作的任意波形發(fā)生器（AWG）的測(cè)量相位噪聲的CSV文件。

　　2、50 MHz AWG計(jì)數(shù) – 依照前面描述的程序測(cè)量出相位噪聲數(shù)據(jù)，據(jù)此計(jì)算AWG的50 MHz相位抖動(dòng)。在本文中，術(shù)語(yǔ)“相位抖動(dòng)”是指基于積分相位噪聲的RMS數(shù)量。 高于12 kHz - 20 MHz相位噪聲偏移頻率范圍。因此得出的計(jì)算結(jié)果為7917 fs或7.7917 ps，實(shí)為嘈雜。 但是與Agilent E5052B屏幕蓋  的數(shù)據(jù)相比，此結(jié)果  到0.1％。

　　3、50 MHz Sig Gen測(cè)量數(shù)據(jù) - 測(cè)量信號(hào)發(fā)生器的50 MHz相位噪聲。 此工作表導(dǎo)入包含測(cè)量相位噪聲的CSV文件，信號(hào)發(fā)生器也在標(biāo)稱0 dBm和50 MHz下運(yùn)行。（注：時(shí)鐘相位噪聲輸入到抖動(dòng)衰減器（JA）以估算其輸出頻率下的抖動(dòng)產(chǎn)生（JGEN）。 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)Sig Gen的性能優(yōu)于AWG，那么它將是很好的選擇。 但是，這還有待確定。）

　　4、50 MHz Sig Gen Calcs - 計(jì)算Sig Gen的50 MHz相位抖動(dòng)，其結(jié)果為785 fs，與Agilent E5052B  的數(shù)字相比  到0.02％。

　　5、50 MHz AWG與Sig Gen圖 - 這里我比較了AWG與信號(hào)發(fā)生器相位噪聲，兩者都在50 MHz頻段下工作。 一般來說，Sig Gen的相位噪聲接近或優(yōu)于AWG的性能。 之前的工作表計(jì)算結(jié)果表明，在相位抖動(dòng)方面，信號(hào)發(fā)生器比AWG大近乎一個(gè)數(shù)量級(jí)。 鑒于此確認(rèn)，對(duì)于之后估計(jì)的JGEN，選擇Sig Gen為低噪聲源是合理的。（注：在自由運(yùn)行模式下操作抖動(dòng)衰減器，并將輸出時(shí)鐘相位噪聲用作JGEN的替代值也可能是有利的。 它無需考慮所有噪聲源，但對(duì)于典型的抖動(dòng)帶寬，通?？梢钥紤]5％以內(nèi)。 但是，它在低偏移頻率情況下不會(huì)那么準(zhǔn)確。）

　　6、JGEN 156.25 MHz測(cè)量數(shù)據(jù) - 此工作表導(dǎo)入包含JA 156.25 MHz輸出時(shí)鐘測(cè)量相位噪聲的CSV文件，其中低噪聲RF信號(hào)發(fā)生器提供50 MHz輸入時(shí)鐘。 該數(shù)據(jù)用于估計(jì)JA的JGEN。

　　7、JGEN 156.25 MHz Calcs - 計(jì)算JA的JGEN相位抖動(dòng)。 計(jì)算結(jié)果為83.5 fs，與Agilent E5052B  的數(shù)據(jù)相比  到0.03％。

　　8、時(shí)鐘樹計(jì)算 - 將所有內(nèi)容放在一起的時(shí)鐘樹計(jì)算工作表。 檢查從左到右的列，您可以看到以下操作：

　　● 參考輸出時(shí)鐘載波頻率縮放輸入時(shí)鐘相位噪聲。

　　● 應(yīng)用抖動(dòng)衰減。 這里我們假設(shè)一個(gè)低通濾波器響應(yīng)，40 dB / dec衰減從環(huán)路BW頻率100 Hz開始。 簡(jiǎn)化版本準(zhǔn)確地超出了轉(zhuǎn)角頻率。 （JTF越  ，結(jié)果越好。）

　　● 從工作表“7”中輸入JGEN數(shù)據(jù)。 JGEN 156.25 MHz Meas Calcs“。

　　● RSS來自JGEN相位噪聲的貢獻(xiàn)加上縮放的抖動(dòng)衰減相位噪聲。

　　● 計(jì)算JA輸出時(shí)鐘的相位抖動(dòng)。

　　●   ，計(jì)算時(shí)鐘緩沖器輸出時(shí)鐘的相位抖動(dòng)。 此緩沖器沒有JTF，但有一個(gè)特定的典型規(guī)格為145 fs附加相位抖動(dòng)，12kHz-20MHz。將兩個(gè)不同的E5052B屏幕大小寫復(fù)制到  一個(gè)計(jì)算工作表，一個(gè)用于JA輸出時(shí)鐘，另一個(gè)用于緩沖輸出時(shí)鐘。

　　9. 時(shí)鐘樹圖 - 此處繪制了抖動(dòng)衰減器的所有相關(guān)輸入，中間和輸出曲線。

　　總體結(jié)果

　　JA輸出時(shí)鐘相位抖動(dòng)計(jì)算為83.47 fs，比測(cè)得的84.19 fs低0.9％。 除了包圍預(yù)期曲線，測(cè)量的相位噪聲曲線的形狀看起來接近預(yù)期的曲線。

　　基于使用12 kHz - 20 MHz附加抖動(dòng)的數(shù)據(jù)表典型值的緩沖器，其輸出時(shí)鐘相位噪聲計(jì)算為167.31 fs，比測(cè)量值低-5.2％。 我們不是簡(jiǎn)單地看到JA輸出時(shí)鐘相位噪聲都增加了 1或 2 dB。 相反，測(cè)得的相位噪聲曲線的形狀在遠(yuǎn)偏移頻率處顯示出更多的相位噪聲，其中“下限”從約-162升至-152dBc / Hz。

　　底線：從相位抖動(dòng)的角度來看，我們得出了比較好的結(jié)果。 然而，我們似乎需要緩沖器JTF來更好地預(yù)測(cè)末端相位噪聲圖。