晶振的核心参数

目录

1.简介

2.晶振核心参数详解

3.晶振的抖动（jitter）

4.抖动的三种测量方式

5.抖动的其他资料

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1.简介

再看一些晶振的手册时，经常遇到一些类似或相近的参数，今天借此机会，做一个小姐。

2.晶振核心参数详解

1. 标称频率（Nominal Frequency）

• 定义

：晶振输出的中心频率（如16MHz、32.768kHz）。

• 关键点

：

• • 根据主芯片需求选择（如MCU常用8/16MHz，RTC使用32.768kHz）。
  • 高频晶振（≥20MHz）需注意PCB布线阻抗匹配。

2. 频率稳定性（Frequency Stability）

• 定义：全工作条件下频率偏移最大值，以 ppm（百万分之一） 表示。

• • 普通晶振：±10ppm 至 ±100ppm
  • 温补晶振（TCXO）：±0.5ppm 至 ±5ppm
  • 恒温晶振（OCXO）：±0.01ppm 至 ±0.1ppm
• 场景匹配
  • 消费电子：±20ppm
  • 4G/5G基站：TCXO ±0.5ppm
  • 卫星导航：OCXO ±0.05ppm

3.晶振的抖动（jitter）

抖动是一种描述振荡器在时域中稳定性的方法。它将所有噪声源组合在一起，并显示它们相对于时间的影响。

让我们考虑一个简单的脉冲信号链。理想情况下，频率为1 MHz的完美脉冲信号的持续时间正好是每1微秒一次，每500 ns交替边沿一次（见下图）。

但在现实世界中，这不会发生。实际上，交替边沿的位置和幅度各不相同，这导致信号的下一个边沿何时出现不确定。这种不确定性称为抖动（时域）和相位噪声（频域）。

抖动测量信号周期在时域中的变化，描述信号周期偏离其理想值的距离。通常，低于10 MHz的偏差不被归类为抖动，而是被归类为漂移。

抖动主要有两种类型：确定性和随机性。

确定性抖动由可识别的干扰信号产生。它总是有振幅限制，具有特定（非随机）原因，并且无法进行统计分析。

确定性抖动有四个主要来源：

Crosstalk between adjacent signal traces 相邻信号走线之间的串扰

EMI radiation on a sensitive signal path敏感信号路径上的 EMI 辐射

Noise from power layers of a multi-layer substrate多层基板功率层的噪声

Simultaneous switching of multiple gates to the same logic state同时将多个门切换到相同的逻辑状态

Random Jitter describes timing variations caused by less predictable influences like temperature which can affect the mobility of semiconductor crystal material, or semiconductor process variations etc.

随机抖动描述了由不太可预测的影响引起的时序变化，例如温度会影响晶体半导体材料的迁移率或半导体工艺变化等。

4.抖动的三种测量方式

现实中的时钟会有Jitter的问题，包括Random jitter和deterministic Jitter,而在deterministic jitter下面有一部分是由于时钟周期不稳定引起的jitter，姑且称之为PeriodJitter。

任何一个时钟信号不可能是理想的，受到干扰和随机噪声影响，实际周期总会变化，上午仅给出一个示意图（仅考虑上升沿的偏差，对应RGMII和DDR的这种双边沿采样的系统，下降沿也要考虑）

以下介绍三种统计方式

时间间隔误差（TIE jitter）

即统计，每一个实际时钟的边沿和理想时钟边沿之间的偏差。（实际上的周期抖动累计的结果）

周期抖动（period jitter）

即统计，每一个时钟的周期（也就是上升沿到上升沿）与理想时钟周期之间的偏差

也就是period jitter =T1-T。实际上也就是TIE2-TIE1

也就是说，在数学上，period jitter 是TIE jitter 的差分

相邻周期抖动（Cycle to Cycle jitter）

即统计，实际时钟的当前周期与实际周期的上一个周期之间的偏差

也就是Cycle to Cycle jitter=T2-T1

也就是说，在数学上，Cycle to Cycle jitter 是Period jitter的差分

一般高速示波器测量时钟的时候都会统计3种时钟的总抖动，这三种抖动都是描述时钟的总抖动，有点像位移、速度、加速度的关系（都是描述物体的运动）应用的场合不太一样。下面举例说明一下。

Period Jitter

高速并行数据通信系统，通常发送端会在时钟上升沿的时候向发送数据，然后将时钟加一个固定延时后发送给接收端（或接收端内部加延时），接收端在时钟上升沿采样数据。

数据的发送和接受

5.抖动的其他资料

引言：

本应用说明将揭开一些用于量化高速应用时钟抖动的重要抖动单位的神秘面纱。虽然时钟器件的电压和电流参数已广为人知，但定时抖动的单位却常常令人困惑。这是因为对于所有应用，没有一个普遍接受的抖动定义。

抖动在时间和频率域中都有单位；有时会给出峰峰值值，有时则给出RMS抖动。当竞争定时产品的数据表使用不同的单位时，进行并排性能比较可能会很困难。

本说明将重点介绍当今最常用的抖动单位，并描述它们之间的关系。大部分数学和方程式都已简化。本说明将侧重于读者的能力：

1.即使使用不同的设备，也可以比较各种定时产品的抖动性能（例如RMS抖动与峰峰值抖动）

2.将时钟发生器或收发器的数据表抖动参数与应用抖动规范（例如，PCIe Gen3、千兆以太网等）相关联。

3.了解抖动和相位噪声之间的关系。