Rakon晶振如何打造出石英晶体振荡器的相位噪声抖动

Rakon晶振集团提供各种石英晶振,贴片晶振,有源晶振等石英相关器件,拥有国际先进高超的生产设备以及精湛的生产技术,所有产品广泛用于IEEE 1588或PTP，网络定时，小型小区，宏基站基础设施，GNSS或GPS定位或锁定，交换机，同步以太网（SyncE），Stratum 3E，Stratum 3，相位噪声或抖动测试，误码率（BER），雷达维修或改造，以及数字脉冲压缩子系统，USO，OCSO，OCXO，ASIC OCXO，Mercury™OCXO，Pluto +™/Pluto™TCXO，GPS TCXO和晶体振荡器产品。下面就讲解一下关于Rakon晶振有源晶振系列的相位噪声以及抖动功能.

石英晶体振荡器中的相位噪声/抖动

在我们能够涵盖晶体振荡器中相位噪声/抖动的来源之前，我们需要解开一些与测量相关的措辞，所以让我们从相位噪声和抖动的简单描述开始。

相位噪声是描述振荡器在频域中稳定性的一种方法。它可以区分随机(随机)噪声和诱导/重复(确定性)噪声。频域显示给定频率范围内振荡器输出的频谱(频率)内容。在这个领域，我们使用频谱分析仪来观察振荡器的输出(图1)。

抖动是描述温补晶体振荡器时域稳定性的一种方法。它将所有噪声源聚集在一起，并显示出它们对时间的影响。时域显示振荡器在显示的时间段内的输出情况。在这个领域，我们使用示波器来观察振荡器的输出(图2)。

理解相位噪声需要理解谱密度的概念。

想象一下，不可能构建具有以下特性的带通滤波器(图3)。1)通带增益=12)阻带衰减=无限3 )通带宽度= 1hz4)阻带的垂直边5)以1hz为步长可调的中心频率

将此滤波器应用于您正在测量的信号，从频率fstart开始，以1Hz的步长在fstop结束。在每个步骤中，使用功率计测量滤波器的输出功率电平，并绘制在图表上(图4)。

你正在策划的是: 信号功率谱密度，单位为瓦特/赫兹带宽

将该滤波器应用于振荡器，其中fstart刚好高于恒温晶体振荡器频率Fosc (图5)，然后我们测量单边带(即上边带)信号功率谱密度，单位为瓦特/赫兹带宽。将单词Signal替换为单词Noise (因为高于Fosc且不和谐相关的任何东西都可以被认为是噪音)，并在dBW(10log(瓦特)下工作，因为动态范围很大)，然后，丢失一些其他单词，这意味着我们正在测量的是:-以dBW/Hz为单位的单边带噪声密度

如果振荡器是稳定的石英晶体振荡器，那么看示波器上的输出，我们在上升沿触发，然后看下一个上升沿，我们会看到轻微的“抖动”波形(图6)。假设这种抖动比一个完整周期小得多(如图6所示)，我们可以说它是由相位波动(而不是频率波动)引起的。将波动一词替换为噪声一词，然后将其与频谱分析仪上的视图相关联(图5)

SSB噪声密度实际上是相位噪声

如图7所示，这导致相位噪声的经典定义为功率比: -

1(f)=

并以dBc (从载波向下的dB )表示

图8是真实的13.0兆赫晶体振荡器的相位噪声图。

这可以通过将真实相位噪声图的斜率与图9的理想相位噪声图中所示的斜率匹配来分析。

对于这个特定的地块: -

缓冲级～5kHz闪烁角

晶体的负载Q～170Hz(Q～38k )

振荡器晶振管闪烁角～12hz随机游走～0.1Hz(外推)

其中相位噪声的原因可以通过以下描述

白色相热噪声(约翰逊噪声)即kT缓冲放大器噪声、电阻器噪声和肖特噪声。

闪烁相位粉红色噪声(每十年频率等功率)，即主要缓冲放大器闪烁噪声。

白频载波噪声闪烁频率即主要是晶体RLC噪声。

白色频率(载波噪声)和闪烁相位(晶体管噪声)，特别是在振荡器回路。

石英和电极结构内的随机游走固有噪声源。环境变化可能造成的外部影响，即机械冲击、振动、温度变化等。

这些都是石英晶体振荡器固有的相位噪声源，还有其他外部影响会影响振荡器的相位噪声性能。这些包括电源噪声、循环接地电流、控制电压线上的噪声、变化的负载条件、机械振动和电磁干扰等。

就电压而言，记住相位噪声图是以dB为单位的载波功率下降，因此对于每-10dBC，将电压除以0.316 (√10)。这意味着对于噪声本底为-150BC的3.3VCMOS输出振荡器，噪声本底电压仅为104NV(纳米伏特) PK/PK。