為滿足市場上對晶振高的要求,高的性能的要求,以及通信系統對振動環境下相位噪聲提出的更為嚴格的要求,提出了一種低相噪,抗振動溫補晶振的設計方法.分析了影響溫補晶振靜態相位噪聲的因素,通過ADS仿真對電路參數進行優化,實現了低的靜態相位噪聲.介紹了振動狀態下石英晶體振蕩器相位噪聲惡化的原因,應用有限元理論方法對溫補晶振的結構進行仿真分析和優化,通過提高結構的自諧振頻率來有效降低振動條件下的相位噪聲.
測量相位噪聲的簡化程序如下:
測量相位斜率.
連接電氣調諧,PLL和低噪聲放大器.重新調整石英晶振振蕩器頻率以實現鎖定,調諧電壓接近調諧范圍的中間.LPF輸出應接近零伏.
測量低噪聲放大器輸出端的音頻頻譜.
低噪聲放大器原理
以下是典型測量和所需計算的示例:
假設帶寬為9Hz的波分析器在1kHz時測量到17uVrms,混頻器的相位斜率為0.8伏/弧度.還假設低噪聲放大器的增益為60dB.首先,將17uV除以0.8伏/弧度,將電壓轉換成弧度.現在除以測量帶寬的平方根(sqrt(9)=3),歸一化為1Hz帶寬.現在計算對數(基數10)并乘以20.減去放大器增益(60dB),如果假設OSC晶振對測量產生相同的噪聲,則減去3dB,并減去3dB以糾正測量實際上是雙邊帶的事實:
L(f)=20升(17×10-6/(0.8×3))-60-3-3=-169dBc.
使用節拍音符技術測量相位斜率:
斷開電氣調諧和低噪聲放大器.將示波器連接到LPF輸出.范圍輸入和觸發應該是DC耦合的！將一個有源晶振振蕩器失諧,直到一個完整的周期以相當慢的掃描速度填滿屏幕.將掃描速度提高100倍.全屏現在是0.02π弧度.調整扳機(不是垂直位置！)來測量跡線跨過零伏時的斜率.如果軌跡是彎曲的,那么嘗試估計最適合過零點曲線的直線.例如,如果軌跡(或最佳直線)跨越50mV,則相位斜率為.05/0.02π=0.8伏特/弧度
電路
電路圖
音頻放大器:用普通運算放大器構建一個優秀的低噪聲音頻放大器相當容易.許多放大器的噪聲電壓低于每根赫茲5nV,少數放大器的噪聲低于1nV.選擇交流或DC耦合以及兩個增益設置是有用的.使用低值,低噪聲電阻進行增益設置.技術庫有一個非同尋常的放大器電路,貼片晶振具有低噪聲結場效應晶體管.該電路提供60dB交流耦合增益,具有三個高通設置,一個DC耦合30dB設置和一個0dB增益設置,用于測量相位斜率.鎖相放大器包括用于加速鎖相的轉換開關.PLL輸入和輸出被緩沖.新的藍頂音頻放大器模塊(LNAA)現已上市,噪聲低于1nV/根Hz,增益從30到60dB.帶寬超過2MHz,增益為30dB.該模塊具有高電流輸出緩沖器和可選的50歐姆輸入端.這個模塊是新的,正在準備一份數據表.
PLL:鎖相放大器在大多數應用中可以是普通的運算放大器.上面鏈接的放大器示意圖包括一個PLL放大器.藍色頂部模塊(LNPLL)中有一個完整的PLL,包括相位檢測器,濾波器,鎖定放大器和電壓調節器.
混頻器,濾波器:用于相位噪聲測量的混頻器的最佳選擇是普通的雙平衡二極管混頻器.混頻器之后的濾波器并不特別關鍵,因為待阻斷的RF信號的頻率通常比感興趣的最高相位噪聲頻率高得多.合適的混頻器和濾波器可從藍色頂部線獲得.
商用晶振相位噪聲測量系統是另一種選擇.系統的價格從幾千到近十萬美元不等,供應商從少數人公司到最大的設備制造商不等.
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