| ---数字时钟性能最重要的技术指标之一就是准确度，它通常以 PPM（×10-6） 为标准来衡量。准确度在通信系统中至关重要，而不同的通信技术则要求其时钟源具备不同级别的准确度。计时系统的准确度不仅取决于时钟源晶体特性，而且还取决于从源参考生成频率的数字 PLL 时钟发生器的配置与技术。目前可用的时钟发生器技术很多，可提供不同级别的准确度以满足几乎所有应用的需要。高效使用上述技术可实现更高的准确度，并减少所需的高准确度与精确晶体的数量。 准确度 (Accuracy) 与精确度 (Precision)
 ---时钟准确度的定义为：时钟频率与理想时钟频率的吻合度。这与精确度不同，精确度的定义为时钟频率在各单元之间、各年度之间以及不同温度范围上的一致性如何。如图 1 所示，这两个概念是不相关的，箭头平均位置到靶中心的距离衡量的是准确度;箭头之间的平均距离衡量的是精确度。如果我们的目标是尽量射中靶心，那么就应做到既准确又精确。精确度要求测量多个单位，而准确度只要求测量一个单位。因此，我们可用准确度方便地判断其是否达标。
---如果系统某元素需要与外部世界的某元素相对应，那么准确度就是最重要的，最好的例子就是串行通信。准确度在串行通信中至关重要，因为系统要求输入在一定的速率范围内的位流，如果位计时超出了这个范围，那么接收电路可能将无法锁定输入流，这就会导致通信误差。管理数据流与数据缓冲也需要准确度，如果数据到达的速度快于系统可处理的速度，那么就必须进行数据缓冲;经过一定时间，如果数据流恒定而且速率不匹配一直继续，那么缓冲区就会填满，从而造成缓冲区溢出与数据丢失。接收机必须通过数据流控制（向发送器发出信号要求其减速）或占用数据流中的所有空余空间（如以太网中数据包之间的间隙或光纤通道与 DVD-ASI 中的逗号字符）进行补偿。如果输入速率低于预期速率而接收机需要恒定的数据流的话，那么也会出现缓冲区不足的情况。这就会使数据流中出现间隙，从而使音频流与视频流等应用出现问题。
---准确度与抖动
 ---抖动与准确度常常彼此混淆，不过它们是完全不同的计时系统特性。抖动是指时钟平均周期与测量得出的各个时钟周期间的差异。尽管每个时钟周期会由于抖动而有所变化，但抖动的时钟仍趋近于其平均周期。从图 1 给出的箭靶例子中，平均周期就好比是箭头的平均位置。我们用平均周期来与理想的系统周期进行对比以测量准确度。因此，准确度计算与抖动分析无关。图 2 是一个直方图，显示了如何评估发生高斯随机抖动时钟的准确度。
---晶体特性
---晶体特性既影响准确度，又影响精确度，晶体影响准确度与精确度的三个主要参数为容差、老化与温度。容差衡量的是不同生产批量间晶体理想频率与晶体实际频率之间的最大差值。经过一定时间后，其他条件保持不变的情况下，晶体的频率会发生改变--这称为老化。晶体频率也会随温度变化而略微改变。上述因素综合决定着某个晶体与其理想频率值或其他晶体频率的偏移程度。 时钟发生器与准确度
 ---带有数字 PLL 的时钟发生器是从参考晶体生成时钟的方便方法。这此器件可从单晶体生成数个不同的时钟频率，或从容易获得的标准晶体生成“独特的”或非标准频率。在所有情况下，这些器件都会用反馈闭环路与一些分压器跟踪输入参考，如图 3 所示。参考输入频率除以一个值 Q，这就得到一个信号，它与压控振荡器 (VCO) 输出除以P值所得的结果进行比较。P 与 Q 的设置使得鉴相器从两个分压器看到的频率相同 (FREF/Q = FVCO/P)。鉴相器调节 VCO 的输入电压，直到两个分压器输出达到相位与频率匹配，并使其保持匹配。
---由于 VCO 输出跟踪参考输入，因此输出的精确度与参考输入的精确度相同。这就是说，如果参考输入随温度或时间发生变化，那么时钟发生器的输出也会随之变化。这种属性具有一个重要的好处，如果设计中最精确的参考用作时钟发生器的输入，那么时钟发生器的所有其他输出无需额外成本就都能获得精确参考的精确度！不过，时钟发生器可能会添加一个固定的准确度误差，这取决于 P 与 Q 计数的数字宽度以及参考输入频率与 VCO 频率之间的关系。大多数时间内，时钟发生器都能生成准确率误差为零的输出，但有时则会添加少量的误差。
---例如，对于 7 位 Q 分压器与 8 位 P 分压器而言，为了以 13.5 MHz 的输入获得 83.3330 MHz 的输出，最好的做法就是让 P = 179、Q = 29。由于 FREF/Q = FVCO/P（鉴相器频率），因此 FVCO 的计算方程式为 FVCO = P/Q × FREF。这里，FVCO = (179/29) 13.5 MHz = 83.327586 MHz。这就是说，VCO 频率将为 5.414 kHz，比理想的频率低 65 PPM。这对用作时钟源的晶体的容差、温度与老化而言会增加误差。
---如果我们将P分压器的精度 (resolution) 增加为 9 位，那么会发生什么情况呢？这使我们能够使用更好的解决方案，这时 P = 500、Q = 81。现在，FVCO = 500/81 × 13.5 MHz = 83.333333 MHz，这样就得到333 Hz，比理想频率高出4×10-6，比此前情况下的-65 PPM 准确度要高得多。
---那么，我们如何计算特定晶体时钟发生器输出的最大与最小频率呢？如果时钟发生器准确度误差为+4×10-6，那么需要增加晶体容差、老化以及温度特性。例如，晶体容差为+/- 30×10-6，随温度变化的改变幅度在 +/- 50×10-6 之内，每年最大偏移在 +/- 5×10-6 之内。这样，这种晶体三年之后时钟发生器的输出频率就会高达 + 4 + 30 + 50 + 3×5 = +99×10-6或低至 + 4- 30- 50 -3×5=-91×10-6。因此，如果我们要求变化保持在 +/- 100 ×10-6之内的话，那么这种时钟发生器配置的晶体比较合理的设计使用寿命就是三年。 分数 N
---有一种时钟发生器技术称作分数 N，它可进一步提高准确度。上一节中我们提到的一种计算 P 与 Q 的解决方案产生负值频率误差 (-65×10-6)，另一种方案又会产生正值误差 (+4×10-6)。如果对 P 与 Q 的值进行动态更改，那么就能有效创建分数形式的 P 与 Q，这就使我们能够几乎无限地提高准确度。更改必须很快，这样 PLL 环路滤波器才能得出两个输出频率的平均值。通过使用此前两种解决方案，我们可以找到这样一种占空比，我们可以在一定百分比的时间中采用-65×10-6的配置，而在其他时间采用 4×10-6的配置，这样平均值就接近于 0×10-6。f(4)+(1-f)(-65)=0,则f=0.942,因此，如果 94% 的时间中采用 +4×10-6的值，而 6% 的时间中采用-65×10-6 的值，那么准确度的误差就可降至极低的-0.14×10-6。如果提高占空比的精度（即取 942‰，而不是 94%），那么还可进一步降低准确度误差。 VCXO
 ---影响通信系统时钟准确度的另一种技术是压控晶体振荡器 (VCXO)。这种方法是通过改变晶体振荡器电路的电容将晶体的振荡频率在正向或负向上拉动几百 PPM，这种拉动通常采用 VCXO 上的模拟控制电压输入完成，但也可通过一些时钟发生器的串行接口以数字形式完成。在基于 VCXO 的时钟系统中，数据接收系统在外部实施了一个控制环路，检测所接收时钟与本地时钟之间的频率与/或相位差，并用 VCXO 调节本地时钟，直到频率与相位匹配为止。这会使系统复杂一些，但对准确度与精确度都至关重要的某些应用而言是必需的。由于 VCXO 可跟踪数据流而不会发生准确度误差，因此使用 VCXO 可避免缓冲区溢出或欠载运行的情况，这就不再需要数据流间隙和/或数据流控制的开销。图 4 显示了通信系统中 VCXO 的连接方式。
---由于 VCXO 的输出时钟锁定于用于生成传输数据的远程时钟，因此输出时钟采用远程时钟的准确度与精确度特性。基于 VCXO 的时钟发生器可包括数字 PLL，其可用锁定的晶体频率为参考生成其他不相关的频率。因此，电路板上的所有时钟都可生成，以匹配远程发送器的容差、温度和老化特性。在无线电、线缆与卫星等广播类型应用中，接收机远远多于发送器，那么我们就可在发送器处使用高度准确、精确而较昂贵的晶体，这就为所有接收机设备提供了一个与发送器时钟的高精确度与准确度相匹配的时钟源，而接收端只需要便宜的晶体作为参考即可。 结论
---时钟准确度对各种通信系统的性能都至关重要。数字 PLL、分数 N 以及 VCXO 等时钟发生器技术可配合晶体发挥作用，提供创建可靠的通信连接所必需的准确度。如果我们在系统中使用最准确的晶体或使用锁定的 VCXO 作为系统时钟发生器的参考，那么就能提高系统其他部分的精确度与准确度，同时还能降低额外的高准确度、高精确度晶体的数量与成本。如果我们了解了晶体与时钟发生器如何配合工作实现准确度与精确度，那么对开发通信系统设计的合理计时解决方案就会大有裨益。 | 
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