※图片为示意图

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引言

近年来，随着各种流媒体服务和智能手机支持高解析音源（Hi-Res Audio）、空间音频功能以及数字信号处理（DSP）等新型音频格正在逐步普及。为了使这些音源在播放时保持原有的音质与表现力，降低DA转换器、DD转换器等音频处理设备的时钟抖动（Jitter）变得尤为重要。

除音乐播放过程之外，时钟抖动的抑制在录音、母带制作，以及需要多台设备同步运行的多媒体系统中也被高度重视。

本专栏将从"什么是抖动？"这一基础知识出发，探讨实现低抖动所需的高品质晶体振荡器。

数字音频的大敌："抖动"

在数字音频系统中，时钟可以被理解为"决定信号转换时机的信号"。
在将模拟信号转换为数字音频数据的过程中，转换是根据采样频率来进行的。而提供这一采样频率的就是音频主时钟（Audio Master Clock）。

理想状态下，时钟应以完全一致的节奏提供定时信号，转换过程也应严格按照该节奏进行。但现实中，总会存在微小的时间偏差，这种偏差就被称为"抖动（Jitter）"。

当抖动变大时，由于采样时序的偏差，会导致转换后的波形产生失真。其结果在音频性能上表现为总谐波失真率（THD）和信噪比（S/N比）的下降，在听感上则体现为空间感的减弱以及动态范围的受限。

降低抖动的关键，不仅在于电路设计

从抖动的来源来看，大致可以分为两类：一类来源于电路本身或电源噪声，另一类则来源于最初的信号源起点――时钟源本身。作为常见的低抖动时钟源，晶体振荡器被广泛使用。晶体具有称为压电效应的特性，当施加电压时，会以稳定的频率振动。正因为可以利用这种振动生成极高精度的时钟信号，晶体振荡器不仅广泛应用于音频设备，也广泛用于通信设备和测量仪器中。此外，晶体振荡器是将晶体谐振器与振荡电路组合而成的模块，具有节省振荡电路设计成本和电路板空间的优势。其中内置的晶体谐振器本质上是一个纯粹的振动元件，需与振荡电路配合使用。但从"产生稳定频率"的功能角度来看，它可以被视为核心组件。为了实现低抖动，不仅需要提升振荡电路的性能，选择高品质的晶体谐振器同样是关键因素。

决定晶体谐振器性能差异的"Q值"

"Q值"（Quality Factor，品质因数）被广泛认为是衡量晶体谐振器相位噪声和抖动性能的重要指标。Q值表示在特定频率下的共振尖锐程度，Q值越高，表示除目标频率之外的多余振动成分越少。在理想的时钟信号中，如图①所示，其频谱应呈现为一条非常尖锐的单线。但在实际中，如图②所示，频谱附近往往会出现多余的频率成分。这些多余成分被称为相位噪声（Phase Noise）。

晶体谐振器的Q值不仅受到加工、密封处理、封装等后段工艺设计的影响，更重要的是原材料----晶体原石本身的品质。与晶体谐振器的Q值不同，晶体原石本身也具有Q值。与原石Q值相关联的结晶品质参数称为"α值"。α值表示人工合成晶体原石的红外吸收系数，数值越低，表示越透明（即红外吸收越少）。研究表明，α值越低，Q值越高。因此，采用高品质的晶体原石，是实现高精度时钟的关键因素之一。

NDK实行从水晶原石开始的一贯自主生产。

关于世界顶级的人造水晶培育，请参阅此处：

Producing the Ultimate Synthetic Quartz Crystals｜人工水晶｜产品信息｜NDK - NIHON DEMPA KOGYO CO., LTD.

关于在人造水晶质量标准「JIS C 6704」中所有项目均达到最高等级的高纯度产品「N-Grade」「N-Grade EX」，请参阅此处：

High Purity Synthetic Quartz Crystal "N-Grade"｜人工水晶｜Product Lineup｜产品信息｜NDK - NIHON DEMPA KOGYO CO., LTD.

总结：关于时钟抖动与石英晶体的品质

1. 在数字音频播放中，时钟信号的抖动是指采样时序的微小偏差，会导致音质劣化（波形失真、空间表现受限）。
2. 抖动的产生不仅来自电路噪声，也源于作为时钟源的石英振荡器/晶体谐振器本身。
3. 作为石英晶体性能指标的"Q值"与相位噪声、抖动特性直接相关，Q值越高，噪声成分越少。
4. 要制备高Q值的石英晶体，其晶体原石的品质至关重要，纯度越高的晶体可制造出性能越优异的石英晶体。

NDK产品介绍

关于本专栏中介绍的"高精度石英晶体"，NDK提供以下产品：

■高精度石英晶体振荡器（MHz频段）RC-8・NC-18C

采用本公司自行培育的高等级高品质水晶原石：N-Grade*，实现了高Q值、低α值，具备低抖动、低相位噪声特性的优异型号。适用于通信基础设施用OCXO的搭载产品，最适合高端音响设备、专业音频设备以及测量仪器等。

产品特长

• 高频率稳定性、高可靠性
• SC切割泛音模式
• 采用高等级高品质水晶原石：N-Grade*
  *JIS C 6704包含物密度：Ⅰa，红外吸收系数：A
• 高稳定性、高精度、低老化率
• 高短期稳定性、低相位噪声（载波近端）
• 频率范围：5 MHz to 50 MHz

产品相关咨询请联系：

RC-8｜晶体谐振器｜产品信息｜NDK - NIHON DEMPA KOGYO CO., LTD.

NC-18C｜晶体谐振器｜产品信息｜NDK - NIHON DEMPA KOGYO CO., LTD.

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