本文件描述了压电、介电和静电振荡器，包括使用介电谐振器的振荡器（DRO）和使用薄膜体声波谐振器（FBAR）的振荡器的相位抖动测量方法，给出了关于相位抖动测量的指南,以精确地测量均方根抖动。 本测量方法采用相位噪声测量设备或相位噪声测量系统。 注1： 介电振荡器(DRO)和FBAR振荡器的测量在考虑中。 注2： 在不引起混淆的情况下，本文件中的“压电、介电和静电振荡器”简称为“振荡器”。

ICS31.140
ccs 21
中华人民共和国国家标准國
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017压电、介电和静电振荡器的测量技术第2部分：相位抖动测量方法
Measurementtechniquesofpiezoelectric,dielectricand electrostaticoscillators-Part2:Phasejittermeasurementmethod(IEC62884-2:2017.IDT)
2023-09-07发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-01-01实施
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
4测量和测量程序
4.1概述
4.2相位抖动测量方法
4.3测量系统的输入输出阻抗
4.4测量设备
4.5测量夹具
4.6电缆、工具和仪器等
5测量与测量环境
测量前的设置
5.2测量中的注意事项
5.3测量后的处理
6测量
基准温度
温度特性的测量
6.3振动状态的测量
6.4冲击状态的测量
6.5加速老化的测量
7其他注意事项
8其他
附录A(资料性)
A.1概述
A.2说明
相位抖动计算方法
A.3相位噪声与相位抖动的关系
A.4关于相位抖动理论来源的介绍A.5说明
A.6测量要点
参考文献
图1用采样示波器测量相位抖动
图2ITU-TO.172推荐的抖动与漂移分析仪框图次
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017目
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017图3等效框图
-+++++
图A.1单边带相位噪声概念图
图A.2电压-时间的关系
图A.3均方根抖动示意图
图A.4随机抖动、确定性抖动和总抖动示意图H
+++-+++-+++++-++-++-+++-++-++-++-+++-++--++-++.-+++++-+++-+++++-++-++-+++-++-+++++-10
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件是GB/T43024《压电、介电和静电振荡器的测量技术》的第2部分。GB/T43024已经发布了以下部分：
第2部分：相位抖动测量方法。
本文件等同采用IEC62884-2:2017《压电、介电和静电振荡器的测量技术第2部分：相位抖动测量方法》
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出。本文件由全国频率控制和选择用压电器件标准化技术委员会(SAC/TC182)归口。本文件起草单位河北博威集成电路有限公司、北京晨晶电子有限公司、唐山国芯晶源电子有限公司。
本文件主要起草人方修成、汤一、张立强。H
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017引言
晶体振荡器作为一种高精度的振荡频率源，广泛应用于电子设备、通信系统、测量设备和时钟领域。近来，电子系统的数字化快速发展。在这种形势下，晶体振荡器的频率需要更优的准确度和稳定度，振荡噪声也需要进一步减小。相位抖动是振荡器噪声特性中的一种，在产品交付前需对其进行精确的测量。
在电子信息和通信工程的最新应用领域（例如先进卫星通信和电动汽车控制电路），通用的相位抖动的测量方法指南更加必要。目前，从电磁干扰(EMI)的角度来看，相位抖动的测量方法也变得愈加重要了。
GB/T43024《压电、介电和静电振荡器的测量技术》旨在给出压电、介电和静电振荡器的测量和试验方法，拟由以下部分构成。
一第1部分：基本测量方法。目的在于给出振荡器的基本测量方法，包括试验条件、外观和尺寸检查、基本电性能试验、机械和环境试验的程序。一第2部分：相位抖动测量方法。目的在于给出相位抖动测量的方法，以精确的测量均方根抖动。
一第3部分：频率老化的试验方法。目的在于给出老化试验的方法，为频率老化数据的预测提供依据。
一第4部分：短期频率稳定度的试验方法。目的在于规范短期频率稳定度的试验和评估方法。IV
1范围
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017压电、介电和静电振荡器的测量技术第2部分：相位抖动测量方法
本文件描述了压电、介电和静电振荡器，包括使用介电谐振器的振荡器（DRO)和使用薄膜体声波谐振器（FBAR)的振荡器的相位抖动测量方法，给出了关于相位抖动测量的指南，以精确地测量均方根抖动。
本测量方法采用相位噪声测量设备或相位噪声测量系统。注1：介电振荡器(DRO)和FBAR振荡器的测量在考虑中。注2：在不引起混淆的情况下，本文件中的“压电、介电和静电振荡器“简称为“振荡器”。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO80000-1量和单位第1部分：总则(Quantitiesandunits一Partl:General)IEC60027（所有部分）电气术语用文字符号（Lettersymbolstobeusedinelectricaltechnology）IEC60050-561国际电工词汇第561部分：频率控制、选择和探测用压电、介电与静电器件及相关材料(InternationalElectrotechnicalVocabulary—Part561:Piezoelectric,dielectricandelectrostaticdevices and associated materialsforfrequency control,selection anddetection)IEC60679-1:2017有质量评定的压电、介电和静电振荡器第1部分：总规范(Piezoelectric,die-lectricandelectrostaticoscillatorsofassessedqualityPartl:Genericspecification)注：GB/T12274.1一2012有质量评定的石英晶体振荡器第1部分：总规范(IEC60679-1:2007,MOD）IEC60469脉冲及相关波形的变换术语、定义和算法（Transitions，pulses and relatedwaveforms-Terms,definitionsand algorithms)IEC60617简图用图形符号（Graphicalsymbolsfordiagrams）注：GB/T4728电气简图用图形符号(IEC60617database，IDT)IEC62884-1:2017压电、介电和静电振荡器的测量技术第1部分：基本测量方法(Measurement techniques of piezoelectric,dielectric and electrostatic oscillators-Part 1:Basicmethodsforthemeasurement)
3术语和定义
IEC60027(所有部分）、IEC60050-561、IEC60469、IEC60617、IEC60679-1:2017和ISO80000-1界定的术语和定义适用于本文件。ISO和IEC使用的标准化术语数据库可以在以下网址查阅：IEC电子百科:http://www.electropedia.orgIso在线浏览平台：http://www.electropedia.org/obp1
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:20174测量和测量程序
4.1概述
测量和测量程序在IEC62884-1:2017第4章中给出，并在4.2至第8章中引用。4.2相位抖动测量方法
4.2.1通则
测量方法采用相位噪声测量设备(系统)或者专门设计的相位抖动测量设备。三种基本测量方法如下。
时域测量，使用实时数字或采样示波器。数据域测量，使用误码率测量设备。频域测量，使用：
1）相位噪声测量设备；
2）抖动或漂移测量设备。
方法c)1)使用相位噪声测量设备是推荐的测量方法，因为它的精度足够满足任意振荡输出频率。在振荡电路相位抖动和漂移的测量过程中，宜关注相对的测量可重复性。一使用方和制造方宜通过探讨，深入理解相对的测量可重复性。一使用方和制造方宜在合同中明确规定测量设备(包括软件程序）。如果通过相位噪声计算相位抖动和漂移，使用方和制造方宜在合同中明确地规定频率偏移范围。
4.2.2时域测量
快速采样率、大数据存储量的实时数字或采样示波器（见图1），有时附带专用的抖动拥有高带宽、
评估软件。
采样示波器
振荔器
图1用采样示波器测量相位抖动
延迟缆
示波器显示了时钟信号相对于触发沿的时间波动，并存储了大量（典型情况下数于个）周期数据，设备软件可以计算峰峰值抖动及其统计分布。由于采样示波器不能精确评估抖动的频谱成分，因此难以2
分辨大于一个单位间隔(UI)的抖动。GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017由于设备内部时钟的抖动，实测获得的抖动值大于被测样品的真实抖动值。JDuT =(Jmeas)2 - (Jint)2
式中：
JDUT一被测样品的真实抖动值；Jmeas一被测样品的测试抖动值；Jint一设备内部时钟的抖动值。当高稳定、低噪声的振荡器较设备时钟具有显著的更低的抖动时，本方法不适于对这类振荡器进行精确的抖动测量。
4.2.3数据域测量
误码率（BER)试验装置用于测量误码率，以标定通信子系统的整体系统性能。由于很难将振荡器抖动直接转化成系统的误码率，本方法也无法提供定量的振荡器抖动值。4.2.4频域测量
4.2.4.1相位噪声方法
相位抖动可以在频域进行测量，IEC62884-1:2017中4.5.25规定了此方法，即带锁相环的相位噪声测量方法。
失谐频率范围应由供需双方讨论后，在合同中规定。根据附录A给出的相位抖动量的计算方法，可以得到由相位噪声计算均方根抖动的公式。在特定的同步数字体系（SDH)/同步光纤网（SONET）应用中，傅里叶频率范围（fmin..fmax）可以按照IEC60679-1:2017中3.2.53的规定来选择。如果相应的数据手册中无明确规定，表1给出了推荐的傅里叶频率范围。
表1相位噪声测量中的傅里叶频率振荡输出频率f
1MHz≤f<10 MHz
10 MHz≤f<50 MHz
50 MHz≤f<200 MHz
200MHz≤f<1000MHz
1000MHz≤f<5000MHzbzxz.net
f≥5000MHz
fo=fmin
从表1可以看出，最紧迫的需求范围在f3到f4频段。f3到f4频段以外的抖动性能也可以被定义。f3
200kHz
500kHz
f4 =fmax
100kHz
500kHz
要计算相位抖动，需要将相位噪声L(f)在关注的频段内进行积分并按以下公式进行评估。根据单边带相位噪声图10lgL(f)计算相位波动谱密度S。（f）：S(f) = 2L(f)
S。（f)在规定的傅里叶频率范围fmin到fmax内积分，由此得到此带宽内的均方相位抖动值：<2(f)>
S(f)di
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017均方相位抖动可以在规定的傅里叶频率范围fmin到fmax内，分成n段逐段积分，例如： ~ S (f)Af;
式中，
△fi = fi+1 - fi(i= 1...n- 1)fi=fmin+fn=fmax
积分的平方根△β(f)在弧度单位制中为有效值相位抖动或者均方根相位抖动。它可以通过乘以下面的因数k转化为角度、单位间隔(UI)分量或时间(单位为s）。因数
角度/（°）
360/2元
单位间隔UI
1/(2元）
时间/s
1/(2元f)
随机抖动的峰峰值可以认为是上述计算值的7倍(见IEC60679-1:2017中的3.2.53）。准确度：
整个傅里叶频带内的相位噪声数据10lgL(f)如果存在1dB的误差，则导致的抖动不准确度约为10%。
4.2.4.2信号分析方法
商用信号分析仪可以用于测量时钟源的抖动和漂移，在ITU-TO.172中规定了这种方法（见图2）工作原理类似于采用正交方法的相位噪声测量技术。测量设备配套的软件以数字和图形的方式直接给出抖动和漂移的所有特性值。
无抖动的
参考时钟产生
包含抖动与源移的时钟
数字信号
（包含抖动与漆移）
外部时针
(漂移测量）
相位检测
内部参考时钟
低通滤波
时间间
隔误差
蜂峰值
均方根值
解调输出
结果估
与显示
最大时间间隔误差
图2ITU-TO.172推荐的抖动与漂移分析仪框图上述系统相对于相位噪声测量的优势在于可以测量抖动的均方根和峰峰值，缺点是系统需要一个输入信号（振荡频率），其频率参照光通信系统（同步数字体系、同步光纤网）的标准数据比特率而定，见表2。
表2各类应用的标准比特率
同步数字体系
同步光纤网
比特率
Mbit/s
允许的振荡频率
25.92,51.84
77.76.155.52
同步数字体系
STM-16
STM-64
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:2017表2各类应用的标准比特率(续）同步光纤网
Oc-192
比特率
Mbit/s
由于应用场景所限，振荡器不能使用其他输出频率测量。注：其他输出频率的振荡器不能测量，其应用范围有限。4.2.4.3专用测量设备法
4.2.4.3.1通则
允许的振荡频率
311.04.622.08
1244.16.2488.32
4976.64,9953.28
测量设备和系统应为内置时间间隔分析仪的专用同步光纤网（SONET)/同步数字体系（SDH）测量设备。
4.2.4.3.2测量项目
测量项目是均方根抖动和周期(周期性)抖动。4.2.4.3.3测量次数
测量次数应由供需双方经过讨论之后在合同中注明，应为20000次或者更多。注意，下列因素可能导致测量设备不符合振荡器的测量要求。测量设备的测量范围可能不包含待测振荡器的频率。a）
振荡器输出电压低于设备所需条件。为此需要增加一个放大器，并需要评估放大器带来的相位抖动。
若输出信号为CMOS信号、低电压差分信号（LVDS)、低电压正发射极耦合逻辑信号(LVPECL)等方波，此类方波是很难实现的，因为在频率超过300MHz之后，谐波分量会减小。因此，信号波形会变成正弦波或者削峰正弦波。专用的SONET/SDH测量设备很难分析这类信号，因此很可能造成测量精度的降低。4.2.4.3.4测量框图
图3展示了一种典型的测量框图，实际使用的是在图1基础上经过改良之后的框图。测量设备
图3等效框图
测量夹具负鼓
报萄器样品
GB/T43024.2—2023/IEC62884-2:20174.3测量系统的输入输出阻抗
振荡器的负载阻抗为5Q~100MQ,以下列举了负载使用的元件类型。由于需求方存在各种需求,负载阻抗值也有多种。
a）只有电容。
b）只有电阻。
c）电容和电阻的联合使用。
d）含偏置的互补输出。
由于测量系统的归一化匹配标准为502,则输入输出阻抗应为502。因此，振荡器的负载阻抗也应为502。
振荡器输出电压的变化取决于振荡器负载阻抗的变化，因此负载电路的热噪声也会变化振荡器的相位抖动值也随之变化。供需双方在采用非50Q的负载时，应仔细研究和审查，并在合同中明确负载阻抗。
4.4测量设备
4.4.1概述
4.4.2~4.6规定了测量设备的要求，但不是必须坚持这些要求，重要的是选用那些能充分满足振荡器需求的测量设备。
4.4.2抖动本底
随机抖动的本底应比振荡器要求的相位抖动低一个数量级。4.4.3输出波形
输出波形为CMOS、LVDS、LVPECL、削峰正弦波、正弦波等。注：CMOS、LVDS和LVPECL原本指的是器件类型而不是波形本身。但在本文件中，它们被用于描述各种类型的输出波形。
4.4.4输出电压
输出电压应为350mV或更高。
4.5测量夹具
测量夹具的要求如下。
a）待测振荡器与测量夹具之间的连接o
允许使用插槽、连接器、螺丝钉、夹扣等夹具。应确保待测振荡器和测量夹具的机械连接和电气连接。
待测振荡器与测量夹具的兼容性b）
待测振荡器和测量夹具应当共地。c
虽然有可能使用无内置负载阻抗的测量夹具，但为了降低来自负载阻抗的热噪声或其他噪声对振荡器相位抖动测量的影响，仍推荐采用有内置负载阻抗的测量夹具。4.6电缆、工具和仪器等
对于电缆，应适配50Q系统，并采用双层防护类型，且电缆长度越短越好。对于连接器，应适配50Q系统，推荐采用SMA或N型连接器。6
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