為滿足市場(chǎng)上對(duì)晶振高的要求,高的性能的要求,以及通信系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)環(huán)境下相位噪聲提出的更為嚴(yán)格的要求,提出了一種低相噪,抗振動(dòng)溫補(bǔ)晶振的設(shè)計(jì)方法.分析了影響溫補(bǔ)晶振靜態(tài)相位噪聲的因素,通過(guò)ADS仿真對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了低的靜態(tài)相位噪聲.介紹了振動(dòng)狀態(tài)下石英晶體振蕩器相位噪聲惡化的原因,應(yīng)用有限元理論方法對(duì)溫補(bǔ)晶振的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化,通過(guò)提高結(jié)構(gòu)的自諧振頻率來(lái)有效降低振動(dòng)條件下的相位噪聲.

測(cè)量相位噪聲的簡(jiǎn)化程序如下:

測(cè)量相位斜率.

連接電氣調(diào)諧,PLL和低噪聲放大器.重新調(diào)整石英晶振振蕩器頻率以實(shí)現(xiàn)鎖定,調(diào)諧電壓接近調(diào)諧范圍的中間.LPF輸出應(yīng)接近零伏.

測(cè)量低噪聲放大器輸出端的音頻頻譜.

低噪聲放大器原理

以下是典型測(cè)量和所需計(jì)算的示例:

假設(shè)帶寬為9Hz的波分析器在1kHz時(shí)測(cè)量到17uVrms,混頻器的相位斜率為0.8伏/弧度.還假設(shè)低噪聲放大器的增益為60dB.首先,將17uV除以0.8伏/弧度,將電壓轉(zhuǎn)換成弧度.現(xiàn)在除以測(cè)量帶寬的平方根(sqrt(9)=3),歸一化為1Hz帶寬.現(xiàn)在計(jì)算對(duì)數(shù)(基數(shù)10)并乘以20.減去放大器增益(60dB),如果假設(shè)OSC晶振對(duì)測(cè)量產(chǎn)生相同的噪聲,則減去3dB,并減去3dB以糾正測(cè)量實(shí)際上是雙邊帶的事實(shí):

L(f)=20升(17×10-6/(0.8×3))-60-3-3=-169dBc.

使用節(jié)拍音符技術(shù)測(cè)量相位斜率:

斷開電氣調(diào)諧和低噪聲放大器.將示波器連接到LPF輸出.范圍輸入和觸發(fā)應(yīng)該是DC耦合的！將一個(gè)有源晶振振蕩器失諧,直到一個(gè)完整的周期以相當(dāng)慢的掃描速度填滿屏幕.將掃描速度提高100倍.全屏現(xiàn)在是0.02π弧度.調(diào)整扳機(jī)(不是垂直位置！)來(lái)測(cè)量跡線跨過(guò)零伏時(shí)的斜率.如果軌跡是彎曲的,那么嘗試估計(jì)最適合過(guò)零點(diǎn)曲線的直線.例如,如果軌跡(或最佳直線)跨越50mV,則相位斜率為.05/0.02π=0.8伏特/弧度

電路

電路圖

音頻放大器:用普通運(yùn)算放大器構(gòu)建一個(gè)優(yōu)秀的低噪聲音頻放大器相當(dāng)容易.許多放大器的噪聲電壓低于每根赫茲5nV,少數(shù)放大器的噪聲低于1nV.選擇交流或DC耦合以及兩個(gè)增益設(shè)置是有用的.使用低值,低噪聲電阻進(jìn)行增益設(shè)置.技術(shù)庫(kù)有一個(gè)非同尋常的放大器電路,貼片晶振具有低噪聲結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管.該電路提供60dB交流耦合增益,具有三個(gè)高通設(shè)置,一個(gè)DC耦合30dB設(shè)置和一個(gè)0dB增益設(shè)置,用于測(cè)量相位斜率.鎖相放大器包括用于加速鎖相的轉(zhuǎn)換開關(guān).PLL輸入和輸出被緩沖.新的藍(lán)頂音頻放大器模塊(LNAA)現(xiàn)已上市,噪聲低于1nV/根Hz,增益從30到60dB.帶寬超過(guò)2MHz,增益為30dB.該模塊具有高電流輸出緩沖器和可選的50歐姆輸入端.這個(gè)模塊是新的,正在準(zhǔn)備一份數(shù)據(jù)表.

PLL:鎖相放大器在大多數(shù)應(yīng)用中可以是普通的運(yùn)算放大器.上面鏈接的放大器示意圖包括一個(gè)PLL放大器.藍(lán)色頂部模塊(LNPLL)中有一個(gè)完整的PLL,包括相位檢測(cè)器,濾波器,鎖定放大器和電壓調(diào)節(jié)器.

混頻器,濾波器:用于相位噪聲測(cè)量的混頻器的最佳選擇是普通的雙平衡二極管混頻器.混頻器之后的濾波器并不特別關(guān)鍵,因?yàn)榇钄嗟腞F信號(hào)的頻率通常比感興趣的最高相位噪聲頻率高得多.合適的混頻器和濾波器可從藍(lán)色頂部線獲得.

商用晶振相位噪聲測(cè)量系統(tǒng)是另一種選擇.系統(tǒng)的價(jià)格從幾千到近十萬(wàn)美元不等,供應(yīng)商從少數(shù)人公司到最大的設(shè)備制造商不等.

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