不同晶振及晶振电路产生的相位噪声phase noise原因及分析

不同晶振及晶振电路产生的相位噪声phase noise原因及分析

关于不同晶振及晶振电路产生的相位噪声phase noise原因,分析如下:

在低噪声晶振设计中,电路是非常重要的环节,振荡电路应该要使晶振的有载Q值不致下降很多,并且电路附加的噪声要足够小。

有源晶振常见的类型为普通晶振XO,温补晶振TCXO,恒温晶振OCXO,他们之间直观的不同,就是频率精度要求越来越高,XO为±20~50ppm、TCXO为±0.1~5ppm、 OCXO为±10~几百ppB;同比它们除了精度的要求不同外,有时还需要关注另外一个非常重要的参数,那就是相位噪声。

以100MHZ晶振为例,分析不同条件下晶振相位噪声的表现。

100MHz是作为一个常用的频率,从切型和振动模式来看,常用的有以下3种晶振:AT切3次泛音、AT切5次泛音、SC切5次泛音。前一种通常用来制作温补晶振XO和TCXO,后2种用来制作恒温晶振OCXO。这是因为:

1、 AT切晶振在非恒温的情况下,在宽温度范围内(-40~+85)其频率温度变化要小于SC切的晶振,适合于温补晶振和普通晶振。

2、 AT切晶振的频率牵引率较大,适合于温补晶振。

3、 良好设计的5次泛音的晶振比3次泛音的晶振Q值更高,相噪、老化、稳定度都会更好,更适合做恒温晶振。

为了试验晶振的Q值与相位噪声之间的关系,选择了100M晶振的3种晶振进行试验。

三种晶振如下:

  • AT切3次泛音,Q值约为50K。
  • AT切5次泛音,Q值约为90K。
  • SC切5次泛音,Q值约为130K。

电路的基本结构相同,但有一些变化。

  • 晶振A没有加恒温电路,电源供电为5V,主振级使用4V的稳压电压。
  • 晶振B恒温到70度附近,电源供电为5V,主振级使用4V的稳压电压。
  • 晶振C恒温到90度附近,电源供电为12V,主振级使用8V的稳压电压。

输出幅度都在9dBm左右。

测试相噪结果如下:

一、 先看远端10KHz以外的相噪:

1、 晶振C最好,这或许是因为使用了较高的电源电压,因此输出信噪比较好。

2、 晶振A与B相比,A的远端相噪较好,这可能是基于以下两点:

  • 晶振A的电路没有恒温,热噪声较低。
  • 晶振A是三次泛音晶振,虽然Q值低,但谐振阻抗RS也低,因此主振级输出幅度较大,信噪比提高。

二、 再来看近端10HZ处的相噪:

几种晶振没有太大的区别,恒温和非恒温也没有什么区别。

一般上理论认为,晶振相位噪声,近端取决于晶振,远端取决于电路。近端相位噪声正比于晶振Q值的4次方。但是在我们的试验中没有得到体现,可能的原因在于:

1、近端仍旧是电路的噪声在起主要作用,高Q值晶振的效果没有得到发挥。

2、晶振的有载Q值比空载Q值下降很多,以至于各种晶振的有载Q值差别不大,所以相噪相差不大。

电话:0755-23068369