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Rakon晶振如何打造出石英晶体振荡器的相位噪声抖动

2018-09-21 15:37:07 

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)。

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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)。

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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

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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)。

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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

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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)

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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)=GS

并以dBc (从载波向下的dB )表示

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图8是真实的13.0兆赫晶体振荡器的相位噪声图。

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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)

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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。

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