差分晶振的低相位噪声特性

频率生成是当今在商业,工业和军事技术中的基本功能,所有的振荡器信号都包含着一定程度的噪声.尽管是很简单的振荡器,比如电阻电容(RC)或电感电容(LC)谐振器构成的振荡器构成简单振荡器的电路是足够的.很是很多应用要求石英晶体振荡器提供额外的稳定性和较低的噪声.

理想的振荡器可以在单一频率下生产完美的重复信号,然而电子元器件和频率确定谐振电路中的噪声过程可导致瞬时频率围绕其中心值变化或抖动.这导致在任何给定时间精确频率的不确定性,并且由振荡器产生的频谱分布在窄频带上,其中大部分能量集中在中心频率附近.

有很多种方法可以测量或者表达这种振荡器噪声现象,但对于精密振荡器来说,最常见的方法是相位噪声.相位噪声在频域中被测量,绘制为信号幅度与频率,这是在频谱分析仪上显示的表示.对于相对有噪声的信号,如果测量带宽设置得当,则可以在频谱分析仪上直接观察到相位噪声.但对于大多数晶体振荡器产生的清洁信号,分析仪的宽带本振的噪声高于等测源的噪声,因此无法直接观察被测单元的噪声.因此必须采用一些提高测量系统灵敏度的方法.

相位噪声测量方框图

实现这种灵敏度提高的最常用方法是将一个石英晶体振荡器与另一个振荡器进行比较。这就是大多数商用相位噪声测量系统的操作方式。将非常低的噪声参考振荡器被调整为与被测试单元完全相同的频率。当这两个信号被馈送到相位检测器，它们的相对相位被调整并锁定在90度偏移时，混频器中的载波频率被取消。在对高频分量进行滤波之后，只有残余噪声调制已经被混合到基带频率。然后对该噪声信号进行放大以提高灵敏度。由于高频信号已经通过混合和滤波处理被去除，因此剩余噪声信号可以用非常低的带宽分析器来检测。

为了使相位噪声测量更加标准化,结果通常表示为在中心载波频率到载波信号功率的给定偏移距离处以1MHZ带宽测量的边带噪声功率与载波信号功率的比率,然后生产如下图所示的图表.