为满足市场上对晶振高的要求,高的性能的要求,以及通信系统对振动环境下相位噪声提出的更为严格的要求,提出了一种低相噪,抗振动温补晶振的设计方法.分析了影响温补晶振静态相位噪声的因素,通过ADS仿真对电路参数进行优化,实现了低的静态相位噪声.介绍了振动状态下石英晶体振荡器相位噪声恶化的原因,应用有限元理论方法对温补晶振的结构进行仿真分析和优化,通过提高结构的自谐振频率来有效降低振动条件下的相位噪声.
测量相位噪声的简化程序如下:
测量相位斜率.
连接电气调谐,PLL和低噪声放大器.重新调整石英晶振振荡器频率以实现锁定,调谐电压接近调谐范围的中间.LPF输出应接近零伏.
测量低噪声放大器输出端的音频频谱.
低噪声放大器原理
以下是典型测量和所需计算的示例:
假设带宽为9Hz的波分析器在1kHz时测量到17uVrms,混频器的相位斜率为0.8伏/弧度.还假设低噪声放大器的增益为60dB.首先,将17uV除以0.8伏/弧度,将电压转换成弧度.现在除以测量带宽的平方根(sqrt(9)=3),归一化为1Hz带宽.现在计算对数(基数10)并乘以20.减去放大器增益(60dB),如果假设OSC晶振对测量产生相同的噪声,则减去3dB,并减去3dB以纠正测量实际上是双边带的事实:
L(f)=20升(17×10-6/(0.8×3))-60-3-3=-169dBc.
使用节拍音符技术测量相位斜率:
断开电气调谐和低噪声放大器.将示波器连接到LPF输出.范围输入和触发应该是DC耦合的！将一个有源晶振振荡器失谐,直到一个完整的周期以相当慢的扫描速度填满屏幕.将扫描速度提高100倍.全屏现在是0.02π弧度.调整扳机(不是垂直位置！)来测量迹线跨过零伏时的斜率.如果轨迹是弯曲的,那么尝试估计最适合过零点曲线的直线.例如,如果轨迹(或最佳直线)跨越50mV,则相位斜率为.05/0.02π=0.8伏特/弧度
电路
电路图
音频放大器:用普通运算放大器构建一个优秀的低噪声音频放大器相当容易.许多放大器的噪声电压低于每根赫兹5nV,少数放大器的噪声低于1nV.选择交流或DC耦合以及两个增益设置是有用的.使用低值,低噪声电阻进行增益设置.技术库有一个非同寻常的放大器电路,贴片晶振具有低噪声结场效应晶体管.该电路提供60dB交流耦合增益,具有三个高通设置,一个DC耦合30dB设置和一个0dB增益设置,用于测量相位斜率.锁相放大器包括用于加速锁相的转换开关.PLL输入和输出被缓冲.新的蓝顶音频放大器模块(LNAA)现已上市,噪声低于1nV/根Hz,增益从30到60dB.带宽超过2MHz,增益为30dB.该模块具有高电流输出缓冲器和可选的50欧姆输入端.这个模块是新的,正在准备一份数据表.
PLL:锁相放大器在大多数应用中可以是普通的运算放大器.上面链接的放大器示意图包括一个PLL放大器.蓝色顶部模块(LNPLL)中有一个完整的PLL,包括相位检测器,滤波器,锁定放大器和电压调节器.
混频器,滤波器:用于相位噪声测量的混频器的最佳选择是普通的双平衡二极管混频器.混频器之后的滤波器并不特别关键,因为待阻断的RF信号的频率通常比感兴趣的最高相位噪声频率高得多.合适的混频器和滤波器可从蓝色顶部线获得.
商用晶振相位噪声测量系统是另一种选择.系统的价格从几千到近十万美元不等,供应商从少数人公司到最大的设备制造商不等.
微信号
公众号
