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(tǒng)對振動環(huán)境下相位噪聲提出的更為嚴(yán)格的要求,提出了一種低相噪,抗振動溫補晶振的設(shè)計方法.分析了影響溫補晶振靜態(tài)相位噪聲的因素,通過ADS仿真對電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,實現(xiàn)了低的靜態(tài)相位噪聲.介紹了振動狀態(tài)下石英晶體振蕩器相位噪聲惡化的原因,應(yīng)用有限元理論方法對溫補晶振的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化,通過提高結(jié)構(gòu)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(diào)諧,PLL和低噪聲放大器.重新調(diào)整石英晶振振蕩器頻率以實現(xiàn)鎖定,調(diào)諧電壓接近調(diào)諧范圍的中間.LPF輸出應(yīng)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)換成弧度.現(xiàn)在除以測量帶寬的平方根(sqrt(9)=3),歸一化為1Hz帶寬.現(xiàn)在計算對數(shù)(基數(shù)10)并乘以20.減去放大器增益(60dB),如果假設(shè)OSC晶振對測量產(chǎn)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(jié)拍音符技術(shù)測量相位斜率:

斷開電氣調(diào)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(fā)應(yīng)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(dāng)慢的掃描速度填滿屏幕.將掃描速度提高100倍.全屏現(xiàn)在是0.02π弧度.調(diào)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(gòu)建一個優(yōu)秀的低噪聲音頻放大器相當(dāng)容易.許多放大器的噪聲電壓低于每根赫茲5nV,少數(shù)放大器的噪聲低于1nV.選擇交流或DC耦合以及兩個增益設(shè)置是有用的.使用低值,低噪聲電阻進(jìn)行增益設(shè)置.技術(shù)庫有一個非同尋常的放大器電路,貼片晶振具有低噪聲結(jié)場效應(yīng)晶體管.該電路提供60dB交流耦合增益,具有三個高通設(shè)置,一個DC耦合30dB設(shè)置和一個0dB增益設(shè)置,用于測量相位斜率.鎖相放大器包括用于加速鎖相的轉(zhuǎn)換開關(guān).PLL輸入和輸出被緩沖.新的藍(lán)頂音頻放大器模塊(LNAA)現(xiàn)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(zhǔn)備一份數(shù)據(jù)表.

PLL:鎖相放大器在大多數(shù)應(yīng)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(lán)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(diào)節(jié)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(guān)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(lán)色頂部線獲得.

商用晶振相位噪聲測量系統(tǒng)是另一種選擇.系統(tǒng)的價格從幾千到近十萬美元不等,供應(yīng)商從少數(shù)人公司到最大的設(shè)備制造商不等.

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