低噪声石英晶体振荡器的测量

电源与被测件之间的连接容易受到不同类型噪声的影响和干扰, 包括电感耦合,电容耦合和射频干扰.有很多降低噪声的方法,石英晶振在测量过程中,有些被测件对直流电源输入中的噪声非常敏感,直接关乎到测试数据的准确性甚至测试是否能进行.下面介绍关于低成本相位噪声测量

低成本相位噪声测量

低噪声石英晶体振荡器可以表现出非常低的接近相位噪声,这不能用频谱分析仪或鉴频器直接测量.最常见的测量技术是将被测振荡器的相位与具有相似或优越噪声性能的参考振荡器相比较.普通PLL可以通过将两个振荡器的相对相位保持在正交来使测量更容易,正交通常是将小相位变化转换成电压变化的最佳点.尽管PLL一直在努力消除这些相位变化,但是时间常数可以设置得足够长,以保持感兴趣的最慢相位变化.下面显示了一个典型的框图,其中被测有源晶振和参考振荡器直接连接到双平衡二极管混频器.混频器输出通过低通滤波器连接到锁相放大器,以阻断RF频率.电阻器和电容器被选择为给出远低于待测最低频率的环路带宽.相位斜率为每弧度伏特,调谐灵敏度为每秒弧度–伏特为每伏特2piHz.

低通滤波器应该去除射频,但是它不应该有接近环路带宽的衰减频率,否则环路可能会变得不稳定,它应该足够宽,以让噪声以感兴趣的最高频率通过.噪声输出通常被发送到低噪声放大器,然后是音频频谱分析仪,波分析仪或滤波器.如果分析仪噪声基底足够低,则可能不需要低噪声放大器.

并发症

上述方案外观简单,但有许多选择,复杂之处和陷阱.

首先,混频器将相位变化转换成电压变化,转换灵敏度必须确定.

确定转换系数的一种方法是断开电调谐并调整晶振频率,直到使用示波器在混频器的输出端可以观察到拍音.零交叉的斜率可以用每弧度的伏特数来确定,记住一个完整的节拍对应于2π弧度.陷阱:连接到PLL的放大器可能被拍音过驱动,并导致测量误差.如果它们被断开,那么混频器的负载会改变,这可能会改变相位斜率,尤其是如果混频器输出端没有使用低阻抗负载(为了更好的相位斜率).可以切换到较低增益而不改变其输入特性的放大器是有用的.此外,正相位斜率和负相位斜率可能不同,当环路被锁定时,有必要确定使用哪个斜率.不同的正负斜率可能表示SPXO晶体振荡器隔离不足导致的"注入锁定".缓冲放大器甚至倍频器通常会减少或消除注入锁定.仅在一个频率上检查相位斜率,并且可能存在非平坦的频率响应,特别是如果使用异常混频器电路来增强相位斜率.当仅测量近场噪声或噪声基底没有超出测量极限时,最好以50欧姆终止混频器输出.

另一种确定斜率的技术是仔细确定其中一个普通有源晶振的电调谐灵敏度,并施加音频信号以产生精确的频率调制.振荡器的电调谐网络必须具有足够的带宽,以避免调制信号衰减,如果移动DC点,则必须考虑调谐非线性.将PLL调谐电压连接到输出端可能是有利的,这样调制可以应用于具有固定DC偏置的参考振荡器电调谐.要测量斜率,请锁定PLL,并在低频(完全在振荡器的调谐带宽内)应用一个小的音频音调,该音调足够小,不会过驱动低噪声放大器.得到的弧度调制水平是从Xrad=Vmod(伏特)x调谐灵敏度(赫兹/伏特)/音调频率(赫兹)计算出来的.测量分析仪上的信号高度,该测量值与计算出的弧度值之比即为相位斜率.一些分析仪使用可变测量带宽,然后对1Hz的噪声测量进行归一化.在测量相位斜率或其他非随机信号时,请记住关闭带宽归一化(每根赫兹伏特).您也可以使用连接到低噪声放大器输出端的示波器测量校准调制.

•PLL产生的噪声可以覆盖石英晶体振荡器的噪声.使用低值电阻和低噪声运算放大器

•PLL中的低阻尼因子可能会产生噪声“冲击”,这将放大环路带宽频率附近的噪声.

•大信号,线路相关频率和大幅度低频噪声会导致放大器过载,从而导致错误读数.

•地面上的音频噪声会进入低噪声音频放大器,并导致错误的高读数.尽可能将烤箱电流和其他电源电流分流回电源,而不是通过信号同轴电缆.