扇出緩衝器經常被用於須要分配多個副本時脈訊號的時序應用中。如果要為時序應用選擇合適的扇出緩衝器，那麼在比較不同產品資料手冊規格之前，事先理解附加相位抖動規格是十分有幫助的。
時脈分配IC不能獨立產生時脈訊號，因此除非有輸入訊號，否則不能測量相位雜訊。最常用於衡量時脈分配IC品質的術語是附加相位抖動，或者在指定頻段範圍內的附加相位雜訊。
採用標準方法測量附加相位抖動並不常見。這種方法須要設計工程師深入鑽研時脈緩衝器資料手冊中的詳細資訊。例如，輸入電壓迴轉率(Slew Rate)、輸入頻率和輸入源相位雜訊的差異，能夠為指定的時脈緩衝器性能帶來很大的變化。
小心計算相位抖動
相位雜訊是一種頻域測量，可以計算出特定偏移頻寬內的相位抖動。使用這種方法有多種理由：它是可重複且容易測量，而且允許工程師分析感興趣的特定偏移頻段。時域測量淘汰了事後在特定頻段上分析的可能性，亦即每個感興趣的頻段都須要進行額外的測量。
要獲取較低頻率的性能，需要更長的測試時間；較低頻寬的示波器被看作為低通濾波器，這意味著具備高靈敏度的高頻寬示波器是必要的。換句話說，示波器上的相位抖動提供完整的圖形，而相位雜訊更清楚地描繪出影響因素。
為了定性分析緩衝器對於相位抖動的影響，設計人員首先必須測量時脈源的相位抖動，然後是時脈源和緩衝器一起工作時的相位抖動。緩衝器的相位抖動可透過公式3計算。在計算相位抖動時通常進行的假設是時脈源和緩衝器雜訊並無關聯，而且是由純粹的隨機抖動所組成。
附加相位抖動對比輸入電壓迴轉率
附加抖動(Additive Jitter)性能依賴於輸入電壓迴轉率。較低的輸入電壓迴轉率通常導致較高的附加抖動。設計人員必須確保使用與資料手冊中相似的電壓迴轉率，才能在應用中獲得預期的結果。
舉例來說，如果輸入是限幅正弦波或是用於某些溫補晶體振盪器(TCXO)或恆溫晶體振盪器(OCXO)的正弦波，那麼實際的附加相位抖動將達不到資料手冊中指定的性能。在這種情況下，唯一的選項是去測量時脈緩衝器性能，這時資料手冊中的值就無關緊要了。
當比較不同時脈緩衝器製造商的資料手冊上的抖動資料時，比較在附加抖動測量中使用的電壓迴轉率也是有意義的。圖1顯示不同電壓迴轉率對附加抖動的影響。更重要的是，它也指明了緩衝器在所有電壓迴轉率下並非都表現優異。
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| 圖1 兩個不同時脈緩衝器的附加相位抖動對比輸入電壓迴轉率 |
附加相位抖動對比輸入相位雜訊
為確保得到精確的測量結果，時脈源相位雜訊必須遠低於被測元件。通常OCXO被作為時脈源，但在較高頻率時，這將變得比較困難，或者需要更高的成本代價，並且仍然在近端偏移上有限制。
圖2顯示被使用的低相位雜訊時脈源與使用該時脈源驅動芯科實驗室(Silicon Labs) Si53302時脈緩衝器的性能對比。當Si53302時脈緩衝器採用156.250MHz輸入，在12k∼20MHz頻寬範圍內，使用公式3獲得112fs的附加抖動。
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| 圖2 有效的附加相位抖動測量 |
然而，當使用具有相近或略低的相位噪聲的時脈源作為緩衝器的時脈源時，會顯示出過於樂觀的附加抖動資料。圖3中相位噪聲的表現顯示當採用具有近似相位噪聲性能的156.250MHz時脈源驅動Si53302時脈緩衝器時。這個測量結果「34fs的附加抖動」是不正確的。
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| 圖3 無效的附加相位抖動測量 |
當基於資料手冊中資料進行附加抖動性能比較時，設計人員必須謹慎使用這些資料。如果提供的圖表類似於圖2中的那種，那麼則可認為測量是準確的，這將使比照更加容易些。然而，如果類似圖3中的附加相位雜訊圖表，那麼最好不要依賴於附加相位抖動圖表。
例如，如果考慮中的兩個時脈緩衝器有近似的相位噪聲，那麼相位雜訊圖表也能夠比較。在這種情況下，附加相位抖動性能應當是相似的。而如果一個時脈緩衝器聲稱擁有更好的附加相位抖動，那麼優勢可能來自於抖動測量的方法。
附加相位抖動對比輸入頻率
圖4提供了附加抖動的一個有趣範例。具有334fs相位抖動的時脈源，該時脈源加上Si53302的相位抖動，顯示了相對於計算值的353fs的284fs改善值。在這個例子中，該緩衝器被用於減少時脈源調幅(AM)雜訊，它改善了相位雜訊性能。
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| 圖4 透過時脈緩衝器減少AM雜訊，相位雜訊改善了。 |
公式4顯示抖動、雜訊L(f)和頻率之間的關係。當頻率fo降低時，相位抖動增加(假設雜訊功率恆定)。
如果相位雜訊性能保持不變，那麼頻率每增加兩倍，相位抖動性能也將提升兩倍，這是為什麼大多數資料手冊都引用高頻性能資料的原因。
設計人員必須小心確定操作頻率下的附加抖動性能。此外，緩衝器的相位雜訊性能L(f)能夠相對於操作頻率輕微改變。圖5顯示使用適當的低雜訊時脈源，時脈緩衝器附加抖動對比輸入頻率的性能。
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| 圖5 Si53302時脈緩衝器附加相位抖動對比輸入頻率 |
時脈緩衝器設計小心為上
在電路中設計時脈緩衝器並使用資料手冊技術參數評估時脈分配IC的性能時，設計人員必須特別小心。輸入電壓迴轉率、輸入頻率和輸入時脈源相位雜訊的不同，會導致很大的性能差異，這包括較高的電壓迴轉率導致較低的附加相位抖動、較高的頻率導致較低附加相位抖動，以及較高的輸入相位雜訊導致較低的附加相位抖動。
除了考慮在不同時脈緩衝器之間比較附加相位抖動外，比較指定的相位雜訊性能也可能作為選擇依據。例如，具有更好附加相位抖動的元件也具有更好的相位雜訊性能嗎？如果沒有，那麼測量技術可能是欠佳的。理論計算不可能適合所有情況。為了確定現實應用中的性能和優化的解決方案，使用預期時脈源對元件進行評估是必要的。
(本文作者任職於芯科實驗室)