在高速数字系统、通信设备、精密测量仪器以及导航定位系统中，晶振不仅需要提供准确的频率，还需要具备良好的短期稳定性。工程师在选择晶振时，除了关注：频率精度、温度稳定性、老化率。还需要重点关注：相位噪声和时钟抖动。

相位噪声和抖动本质上都是描述晶振短期频率稳定性的指标，只是观察角度不同：相位噪声属于频域指标，抖动属于时域指标。

低相位噪声、低抖动晶振对于以下应用非常重要：

- 高速通信设备；

- 数据转换系统；

- 雷达与定位设备；

- 工业控制；

- 精密测量仪器；

- 宇航通信系统。

什么是晶振抖动Jitter？

抖动是指实际时钟信号边沿相对于理想位置发生偏移的程度。简单来说：理想时钟应该按照固定时间间隔翻转，而由于噪声影响，实际边沿会提前或延后，这种时间偏差就是抖动。抖动属于时域参数，通常使用：ps或fs作为单位。

晶振抖动的主要类型

根据产生原因，抖动通常分为随机抖动和确定性抖动。

随机抖动主要来源于：热噪声、散粒噪声、闪烁噪声。其特点为不具有固定规律。通常符合统计分布。

确定性抖动通常由外部干扰引起，例如电源噪声、电磁干扰、PCB串扰、高速数字信号耦合。其特点具有一定规律，幅度范围有限。

为什么晶振会产生相位噪声？

相位噪声是描述振荡器频率稳定性的频域指标。通常定义为：在距离载波频率偏移fm的位置，1Hz带宽内噪声功率与载波功率的比值。单位为dBc/Hz。例如-100dBc/Hz @10kHz，表示距离载波10kHz偏移位置，1Hz带宽内的噪声功率比。通常表示形式：Phase Noise = dBc/Hz @ Offset Frequency。

理想情况下，一个10MHz晶振输出应该是：单一频率、完美正弦波、所有能量集中在10MHz中心频率。如果不存在相位噪声，频谱上应该只有一根理想谱线。

但实际晶振受到各种噪声影响：

- 石英晶体内部损耗；

- 振荡电路噪声；

- 电源噪声；

- 环境温度变化；

导致输出信号相位发生随机变化。在频谱上表现为中心频率两侧出现能量扩散，也就是：相位噪声边带（Sideband）。

晶振相位噪声主要由哪些因素决定？

晶振相位噪声通常受到三个区域因素影响：

A区域：近载波相位噪声

主要与石英晶体Q值，晶体谐振特性有关。石英晶体具有非常高的Q值，因此能够实现较低的近载波相位噪声。

B区域：振荡电路噪声

主要受到：IC内部噪声、放大器设计、电源噪声、PCB布局影响。即使晶体本身性能优秀，如果外围电路设计不合理，也可能导致相位噪声恶化。

C区域：输出噪声

主要由输出驱动电路、信号整形电路、后级负载决定。高速接口应用中，需要特别关注输出端产生的附加噪声。

抖动为什么会影响系统稳定性？

在数字系统中，数据采样依赖准确的时钟边沿。如果时钟存在较大的抖动，会导致：

- 数据建立时间不足；

- 数据保持时间减少；

- 采样错误增加。

例如：某处理器要求数据建立时间1ns。如果时钟产生-1.5ns抖动，那么时钟边沿可能提前到达有效数据建立时间之前，导致处理器读取错误数据。

另一个例子：如果系统要求数据保持时间2ns，而时钟抖动±1.5ns，那么实际有效保持时间可能降低至0.5ns。在高速数字系统中，这种误差可能造成数据错误、通信异常、系统稳定性下降。

相位噪声如何转换为RMS Jitter？

RMS Jitter表示时钟信号综合抖动水平。

它通常通过对相位噪声频谱进行积分计算得到：

- 相位噪声曲线面积越大；

- RMS Jitter越高。

因此低相位噪声晶振通常具有更低的RMS Jitter。需要注意的是，RMS Jitter与积分带宽、输出频率、测试条件有关。不同测试标准下得到的结果可能不同。

哪些应用需要低相噪低抖动晶振？

低相噪晶振主要应用于：高速通信设备、5G基站、光通信模块、网络交换设备、雷达系统、GNSS定位设备、精密测试仪器、高速ADC/DAC系统。

这些应用中，时钟质量会直接影响信号完整性、数据采样精度、通信误码率、系统同步性能。

KOAN低相位噪声晶振选型

KOAN提供低相位噪声、低抖动系列晶振产品，可满足高速通信、工业控制及精密设备对于时钟性能的要求。官网选型流程如下：

第一步：选择低相噪/低抖动晶振类别

第二步：根据需求筛选参数

可根据以下参数进行选择：尺寸、波形、类型。

第三步：确认规格书参数

进入产品参数页面后，可查看具体参数：

根据生成的产品型号，可进一步与KOAN技术人员沟通确认。

KOAN晶振

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