常見的定時(shí)測量要求是確定指定頻段內(nèi)的抖動(dòng)成分引起的rms抖動(dòng)。可以結(jié)合使用力科抖動(dòng)和定時(shí)分析(JTA)選項(xiàng)及示波器頻域分析(FFT)工具，進(jìn)行這一測量。
時(shí)域中的抖動(dòng)在頻域中會(huì)表現(xiàn)為相噪。JTA選項(xiàng)中的時(shí)間間隔誤差(TIE)函數(shù)測量信號的瞬時(shí)相位，是一種相位解調(diào)器。TIE輸出是信號定時(shí)相對于用戶輸入的參考頻率的變化，在本應(yīng)用中參考頻率設(shè)置為載頻。我們繪制定時(shí)隨時(shí)間變化情況。通過對TIE函數(shù)應(yīng)用FFT，可以得到相位調(diào)制包絡(luò)的頻譜圖。
圖1是進(jìn)行這一分析的結(jié)果。頂部曲線(ch2)是采集的波形。在本例中，這是一個(gè)10 MHz載波相位，使用100 kHz正弦突發(fā)進(jìn)行調(diào)制，峰值相位偏差為0.1弧度。調(diào)制源觸發(fā)采集，并與100 kHz突發(fā)同步。采集的波形下面的曲線(曲線A)是采集的信號的時(shí)間間隔誤差。由于這是解調(diào)的相位變化，因此它有效恢復(fù)了調(diào)制波形，在本例中是100 kHz正弦突發(fā)。
從上面起第三條曲線(曲線B)是調(diào)制波形的FFT。正弦突發(fā)得到一個(gè)以調(diào)制頻率為中心的分布頻譜。調(diào)制包絡(luò)的幅度頻譜讀數(shù)以時(shí)間為單位。對這個(gè)頻譜求平方(曲線C)，然后把平方后的頻譜除以FFT分析的二倍噪聲帶寬，轉(zhuǎn)換成功率譜密度。噪聲帶寬是FFT (f)的解析帶寬與選定FFT加權(quán)函數(shù)有效噪聲帶寬系數(shù)(ENBW)的乘積。在本例中，我們選擇了矩形加權(quán)，ENBW系數(shù)為1，f為500 Hz。系數(shù)2把FFT幅度標(biāo)度從峰值轉(zhuǎn)換成rms。
在曲線D (與曲線C重疊)中，我們使用重新定標(biāo)數(shù)學(xué)函數(shù)，把平方后的頻譜除以1000。曲線D是抖動(dòng)波形均方后的頻譜密度。我們的目標(biāo)是在頻域中測量調(diào)制頻譜的rms抖動(dòng)，并使其與時(shí)域波形的rms抖動(dòng)相匹配。
圖1: 100 KHz正弦突發(fā)調(diào)制的10 MHz載波的均方(面積)和rms( sdev)抖動(dòng)，其中占空比為50%。
在曲線A中，時(shí)域波形的rms值使用標(biāo)準(zhǔn)偏差(sdev)參數(shù)測得。在本例中，這個(gè)值為830 ps。我們使用標(biāo)準(zhǔn)偏差，而不是rms值，消除在本例中無關(guān)的中間值(DC)。
重新定標(biāo)后的頻譜下的面積(曲線D)是頻域波形的均方值。面積的平方根參數(shù)是頻譜的rms抖動(dòng)。我們計(jì)算參數(shù)光標(biāo)之間的面積，在本例中，參數(shù)光標(biāo)分別放在0格和10格上。我們使用顯示放大功能放大了均方后的頻譜，計(jì)算50 - 150 kHz頻率范圍內(nèi)的面積參數(shù)。通過使用參數(shù)光標(biāo)和/或縮放控制，可以選擇感興趣的頻段。在本例中，頻譜的rms值為832.9 ps，位于rms抖動(dòng)值(830 ps)的0.3%范圍內(nèi)。
我們之所以選擇突發(fā)波形，是因?yàn)樗a(chǎn)生一個(gè)分布頻譜，其rms值與占空比的平方根成比例。在第一個(gè)實(shí)例中，對50%的占空比，突發(fā)時(shí)間周期為1 ms，突發(fā)重復(fù)周期為2 ms。表1顯示了對10% - 100%的占空比測得的時(shí)域(標(biāo)準(zhǔn)偏差)和頻域(√Area)抖動(dòng)值。
重復(fù)測量面積和標(biāo)準(zhǔn)偏差表明，在多次采集中，面積參數(shù)約有4%的變化，標(biāo)準(zhǔn)偏差約有2%的變化。圖2說明了可以怎樣應(yīng)用這一技術(shù)，把抖動(dòng)成分與不同的頻率分開。我們采集了一個(gè)帶有25 kHz和75 kHz成分的雙音突發(fā)。使用標(biāo)準(zhǔn)偏差參數(shù)可以得到總rms抖動(dòng)為1.033 ns rms。通過使用顯示放大功能，可以分離75 kHz突發(fā)導(dǎo)致的抖動(dòng)。面積參數(shù)的平方根讀數(shù)(741 ps)表明了50 - 100 kHz范圍內(nèi)頻譜成分的rms抖動(dòng)。
|
占空比% |
標(biāo)準(zhǔn)偏差ps |
√Area ps |
差% |
|
100 |
1,202 |
1,199 |
0.2 |
|
75 |
1,054 |
1,049 |
0.4 |
|
50 |
830 |
832.9 |
0.3 |
|
25 |
607 |
598.6 |
1.3 |
|
10 |
406 |
405 |
0.2 |
圖2 分隔不同頻率的抖動(dòng)成分實(shí)例。