Engineer It 系列：如何测量扇出缓冲器中的附加抖动

[主题音乐] 您好， 我叫 Jim Catt，是 TI 时钟应用小组的经理。 今天，我们将讨论如何正确测量 时钟扇出缓冲器的残余噪声。 这很重要，因为选择错误的扇出 缓冲器可降低高精度应用中的 系统性能。 此图展示了一种典型应用， 在该应用中，我们使用一个时钟源 驱动扇出缓冲器，而扇出缓冲器的 输出驱动各种器件，例如数据转换器 和 FPGA。 在左下方，我们可以看到 相位噪声时钟发生器的原始相位噪声， 它由蓝色线迹表示，这一特定相位 噪声曲线的积分抖动为 221 飞秒。 在右侧的下一个图中， 我们可以看到缓冲器本身的残余噪声图。 在本例中，该图在没有此处所示时钟源的情况下 进行测量。 此处显示时钟缓冲器的积分抖动 187 飞秒。 在右上角，我们 我们可以看到一个相位噪声图， 该图显示正由时钟发生器驱动的 该时钟缓冲器的输出。 此相位表示总输出相位噪声， 您还可以看到，我们已将时钟源的原始相位噪声 与时钟缓冲器的残余噪声叠 加在了一起。 现在您可以看到，在低偏移条件下， 时钟缓冲器的残余噪声 对总相位噪声的影响很小或没有影响， 因为它比时钟发生器的相位噪声低许多 dB。 但在较宽偏移条件下， 我们却看到，时钟缓冲器的 宽带噪声实际上会使噪声在输出时最小。 现在，这个计算公式显示用于计算链中 所有器件贡献的抖动部分的 正确方法。 链输出的总抖动等于 链中每个器件的抖动之和 的平方根。 请务必记住，对于我们来说， 使用误差或噪声部分 比所测量器件低得多的 测量系统是选择好的测量方法的原则。 现在，我们将看看实际的测试设置， 我在其中连接了一个低噪声信号源。 我们将测量低噪声源 输出的相位噪声。 然后，我们将其连接到扇出缓冲器的输入， 测量扇出缓冲器输出的 相位噪声，并查看两者之间 的差异。 我的低噪声源是一个 Wenzel 100 MHz 振荡器。 我要将其驱动到某些衰减器中， 这些衰减器随后将连接到另一个低噪声放大器， 然后，该放大器的 输出再次减弱 并驱动到信号限制器，因为我们在 将其连接到所测试器件的输入时需要精确、 快速的时钟边沿。在本例中为 LMK00304 扇出缓冲器。 我将信号源的输出 连接到了 E-5052。 在此显示屏上，我们可以看到 为信号源测量的相位噪声。 我们需要注意的几个问题有， 首先，在与载波信号偏移 1 kHz 时， 相位噪声大约仅为每赫兹 -148 dBC。 随着偏移继续增大，在大约 10 MHz 和 20 MHz 时，相位噪声大约为 每赫兹-168 dBC。 另一个需要注意的问题是， 从 1K 到 20 MHz 的总积分抖动约为 45、46 飞秒。 现在，我将从 5052 上断开源 并将其重新连接到LMK00304 的输入。 我们稍事休息， 马上回来。 现在，我已经重新配置了测试设置， 并将低噪声源的输出连接到了 LMK00304 的输入。 LMK00304模块的输出 现已连接到E5052 信号源分析器。 在此显示屏上，我们可以看到 在缓冲器输出端测量的相位噪声， 另外，我们注意到，在 1 kHz 偏移时， 相位噪声仍然大约为每赫兹 -147 dBC， 差不多等于信号源本身的 输出端相位噪声。 但在较宽偏移条件下， 我们却看到，宽带噪声已降至 大约 -160 dBC 或高于信号源约 8 dB。 最后需要注意的问题是， 从 1 kHz 到20 MHz 积分的 RMS 抖动现在约为 100 飞秒。 我们可以清楚地看到， 缓冲器的残余噪声对低噪声信号源的噪声有 影响。 现在我们来看看 早些时候进行的类似测量的结果， 并查看缓冲器的计算附加抖动。 在这张幻灯片上，您可以看到我们刚刚进行的测量的摘要， 其中的信息是此前整合在一起的。 屏幕左侧的图以蓝色显示 信号源图，以红色显示 信号源以及缓冲器的 组合相位噪声。 这些测量的附加抖动测量值 显示在这个公式中， 用于计算附加抖动。 信号源抖动约为 40 飞秒， 信号源及缓冲器的组合抖动 约为91 飞秒。 差异大约为82 飞秒。 接下来，我们将重新配置测量设置， 并将低噪声源替换为相位噪声 高得多的替代信号源。 然后，我们将重复测量， 我们会看到两者之间的差异。 现在，我们要用一些时间来重新连接板。 我们将马上回来。 现在，我已经重新配置了测试设置。 我用一个信号发生器来驱动时钟分配缓冲器， 此分配器件将信号发生器频率 从 1200 MHz向下 分频为100 MHz， 与 Wenzel 晶体振荡器的频率相同。 时钟分配器件的输出连接到了 E-5052， 在显示屏上，我们可以看到 时钟分配器件输出端的 相位噪声。 在本例中，同样在 1 kHz 偏移时， 我们可看到相位噪声现在约为每赫兹 -123 dBC， 比 Wenzel 源的相位噪声 大约高 25 dB。 另外，宽带噪声提高到了 每赫兹大约 -156 dBC， 比 Wenzel 振荡器高约 12 dB。 现在，我将重新连接测试设置并 使用此信号源来驱动扇出缓冲器。 然后，我们将在 5052 上重复此测量 并查看缓冲器输出端的 新残余噪声测量值。 现在，我已经重新配置了测试设置， 我再次使用高噪声信号源驱动时钟分配缓冲器， 该缓冲器将源频率 从 1200 MHz向下分频为 100 MHz。 然后，我将使用此分配器件的输出来驱动 LMK00304的输入。 该器件已连接到了5052 信号源分析器。 在显示屏上，我们同样可以看到 时钟缓冲器输出端的相位噪声。 我们会看到，在时钟缓冲器 输出端测量的相位噪声实质上 等于驱动时钟缓冲器的信号源的 相位噪声。 例如，在 1 kHz 偏移时， 相位噪声为每赫兹 -123 dBC， 而在宽带偏移时，相位噪声约为 每赫兹-157 dBC。 因此，我们可以看到， 时钟缓冲器输出端的相位噪声测量值 基本无差异。 这张幻灯片显示了我们以前进行的 类似测量的结果。 在本例中，您可以看到驱动缓冲器的 信号发生器源以及信号发生器 加缓冲器的相位噪声图。 您会注意到， 相位噪声图几乎相互重叠， 表明缓冲器输出端的噪声 受到缓冲器本身的影响并不明显。 在本例中，我们测量到的抖动值 信号源的值为139 飞秒， 缓冲器输出端的值为148 飞秒。 差异为51 飞秒。 回想一下，我们使用 低噪声信号源测得的缓冲器 残余抖动约为 80 飞秒。 在本例中，缓冲器噪声 仅为 51 飞秒，事实上我们知道， 我们之前使用低噪声源测量的 值为 82 飞秒。 假如我们使用此方法来测量缓冲器， 我们将被缓冲器的真正性能所误导。 总之，从今天开始 我们必须要记住，正确测量缓冲器的 残余噪声最为重要， 我们需要选择低噪声源。 否则，我们会得到严重倾斜的结果， 如果在时钟设计中使用缓冲， 则会最终导致 性能意外降低。 另外，在阅读扇出缓冲器的数据表时， 必须查找说明残余噪声或 附加抖动产生方式的信息， 否则，您将无法确定您所阅读的 数字或规格是否精确。 有关更多信息，请访问以下网站。 感谢您的观看。