使用实时数字示波器进行晶振抖动测量

示波器设置指南

用于测量时钟晶体振荡器抖动的最常用仪器是实时数字示波器（示波器）。本部分包含一般示波器设置准则，以获得更好的晶振抖动测量精度。

数字示波器使用内部时基来定期对其输入进行采样。采样率可以从1Gsps（千兆采样每秒）到40Gsps（针对高端设备）。图9说明数字示波器如何采样并显示呈现给其输入的信号。图底部的箭头表示采样点，实线表示实际信号，点表示采样值。示波器显示的信号（用虚线表示）是采样点上的最佳拟合曲线。

大家可能会注意到石英晶振采样值并不总是与实际信号的值相匹配。这些差异是由范围内的量化错误引起的。这些错误中的大多数是范围的设计/成本折中所固有的，但适当的范围设置可以减轻一些不准确性。在下面的章节中，我们将探讨造成这些错误的主要原因，并建议采取措施减少它们对抖动测量的影响。

前端放大器噪声

数字示波器的输入在被模数转换器（ADC）数字化之前通过模拟放大器。该放大器产生的噪声与示波器的输入带宽成正比：带宽越宽，噪声越高。但是，过多地降低带宽会影响采样信号的上升和下降时间，从而给石英晶振，贴片晶振抖动测量带来很大的误差。

描述上升时间/下降时间与信号边缘带宽之间关系的一般方程为：

在信号边缘的20％和80％点之间测量上升时间（或下降时间）。CEOB2B平台建议将示波器带宽设置为信号带宽的3倍。在某些示波器中，只有在选择最大采样率时才能设置带宽。在其他示波器中，带宽可能根本无法选择。

由垂直增益设置引起的量化噪声

量化误差是晶振采样点与采样点信号实际值之间的差异。该错误如图9所示。范围内的这部分错误是由显示器的垂直增益设置引起的。如果垂直增益设置为较小值，则示波器可能无法利用其内部ADC的全分辨率。

CEOB2B晶振平台建议调整示波器的垂直增益控制，直到信号充满显示器的整个高度。在某些示波器中，将垂直增益调高一个额外的档位，以便在显示屏的顶部和底部剪切一小部分信号，可以进一步减少量化误差。由于较高的垂直增益设置可能会导致示波器在ADC中利用额外的位对数字信号进行数字化，因此可以实现此优势。但是，该功能取决于范围，因此请参阅您的范围手册。

由于采样率低，导致量化噪声

前一节中描述的一些量化噪声是由沿着水平轴的石英晶振采样点不足引起的。CEOB2B晶振平台建议至少有3个采样点落在上升沿或下降沿的20％到80％之间。该建议转化为该范围的最低采样率要求。例如，如果信号的上升时间（20％-80％）为1ns，并且在此时间范围内需要4个采样点，则示波器的采样速率必须高于4Gsps。如果您的示波器具有比上述最低要求更高的采样率，请选择最高采样设置。

石英晶振时基抖动

数字示波器中的采样点由内部时基产生。作为时钟源，时基具有自己的抖动特性，并且会导致信号的抖动测量误差。一般而言，石英晶振，贴片晶振时基抖动应保持在预期信号抖动的25％以下，以支持抖动测量，精度优于3％。CEOB2B晶振平台建议使用实验室中可用的最佳示波器来执行抖动测量，因为高端设备倾向于具有更好的时基电路和更低的抖动。