抖动频率分析技术

常见的定时测量要求是确定指定频段内的抖动成分引起的rms抖动。可以结合使用力科抖动和定时分析(JTA)选项及示波器频域分析(FFT)工具，进行这一测量。

时域中的抖动在频域中会表现为相噪。JTA选项中的时间间隔误差(TIE)函数测量信号的瞬时相位，是一种相位解调器。TIE输出是信号定时相对于用户输入的参考频率的变化，在本应用中参考频率设置为载频。我们绘制定时随时间变化情况。通过对TIE函数应用FFT，可以得到相位调制包络的频谱图。

图1是进行这一分析的结果。顶部曲线(ch2)是采集的波形。在本例中，这是一个10 MHz载波相位，使用100 kHz正弦突发进行调制，峰值相位偏差为0.1弧度。调制源触发采集，并与100 kHz突发同步。采集的波形下面的曲线(曲线A)是采集的信号的时间间隔误差。由于这是解调的相位变化，因此它有效恢复了调制波形，在本例中是100 kHz正弦突发。

从上面起第三条曲线(曲线B)是调制波形的FFT。正弦突发得到一个以调制频率为中心的分布频谱。调制包络的幅度频谱读数以时间为单位。对这个频谱求平方(曲线C)，然后把平方后的频谱除以FFT分析的二倍噪声带宽，转换成功率谱密度。噪声带宽是FFT (f)的解析带宽与选定FFT加权函数有效噪声带宽系数(ENBW)的乘积。在本例中，我们选择了矩形加权，ENBW系数为1，f为500 Hz。系数2把FFT幅度标度从峰值转换成rms。

在曲线D (与曲线C重叠)中，我们使用重新定标数学函数，把平方后的频谱除以1000。曲线D是抖动波形均方后的频谱密度。我们的目标是在频域中测量调制频谱的rms抖动，并使其与时域波形的rms抖动相匹配。

图1: 100 KHz正弦突发调制的10 MHz载波的均方(面积)和rms( sdev)抖动，其中占空比为50%。

在曲线A中，时域波形的rms值使用标准偏差(sdev)参数测得。在本例中，这个值为830 ps。我们使用标准偏差，而不是rms值，消除在本例中无关的中间值(DC)。

重新定标后的频谱下的面积(曲线D)是频域波形的均方值。面积的平方根参数是频谱的rms抖动。我们计算参数光标之间的面积，在本例中，参数光标分别放在0格和10格上。我们使用显示放大功能放大了均方后的频谱，计算50 - 150 kHz频率范围内的面积参数。通过使用参数光标和/或缩放控制，可以选择感兴趣的频段。在本例中，频谱的rms值为832.9 ps，位于rms抖动值(830 ps)的0.3%范围内。

我们之所以选择突发波形，是因为它产生一个分布频谱，其rms值与占空比的平方根成比例。在第一个实例中，对50%的占空比，突发时间周期为1 ms，突发重复周期为2 ms。表1显示了对10% - 100%的占空比测得的时域(标准偏差)和频域(√Area)抖动值。

重复测量面积和标准偏差表明，在多次采集中，面积参数约有4%的变化，标准偏差约有2%的变化。图2说明了可以怎样应用这一技术，把抖动成分与不同的频率分开。我们采集了一个带有25 kHz和75 kHz成分的双音突发。使用标准偏差参数可以得到总rms抖动为1.033 ns rms。通过使用显示放大功能，可以分离75 kHz突发导致的抖动。面积参数的平方根读数(741 ps)表明了50 - 100 kHz范围内频谱成分的rms抖动。

图2 分隔不同频率的抖动成分实例。