100M晶振使用三種晶體的相位噪聲比較
出處:tuwen 發(fā)布于:2012-09-19 14:17:17
作為恒溫晶振OCXO或溫補(bǔ)晶振TCXO,常用的有100M晶振,而100MHz是一個常用的頻率。從切型和振動模式來看,常用的有以下3種晶體:AT切3次泛音、AT切5次泛音、SC切5次泛音。前一種通常用來制作溫補(bǔ)晶振TCXO,后2種用來制作恒溫晶振OCXO.這是因?yàn)椋?/FONT>
1.AT切晶體在非恒溫的情況下,在寬溫度范圍內(nèi)(-40~+85)其頻率溫度變化要小于SC切的晶體,適合于溫補(bǔ)晶振。
2.AT切晶體的頻率牽引率較大,適合于溫補(bǔ)晶振。
3.良好設(shè)計(jì)的5次泛音的晶體比3次泛音的晶體Q值更高,相噪、老化、穩(wěn)定度都會更好,更適合做恒溫晶振。
為了試驗(yàn)晶體的Q值與相位噪聲之間的關(guān)系,選擇了100M晶振的3種晶體進(jìn)行試驗(yàn)。
3種晶體如下:
A.AT切3次泛音,Q值約為50K(UM1封裝)。
B.AT切5次泛音,Q值約為90K(UM1封裝)。
C.SC切5次泛音,Q值約為130K(35U封裝)。
電路的基本結(jié)構(gòu)相同,但有一些變化。
晶體A沒有加恒溫電路,電源供電為5V,主振級使用4V的穩(wěn)壓電壓。
晶體B恒溫到70度附近,電源供電為5V,主振級使用4V的穩(wěn)壓電壓。
晶體C恒溫到90度附近,電源供電為12V,主振級使用8V的穩(wěn)壓電壓。
輸出幅度都在9dBm左右。
測試相噪結(jié)果如下:



要從理論上來解釋這個結(jié)果,有些困難甚至有些牽強(qiáng)。不過我還是嘗試一下。
先看遠(yuǎn)端10KHz以外的相噪,晶體C,這或許是因?yàn)槭褂昧溯^高的電源電壓,因此輸出信噪比較好。晶體A與B相比,A的遠(yuǎn)端相噪較好,這可能是基于以下2點(diǎn):
1.晶體A的電路沒有恒溫,熱噪聲較低。
2.晶體A是三次泛音晶體,雖然Q值低,但諧振阻抗RS也低,因此主振級輸出幅度較大,信噪比提高。
再來看近端10HZ處的相噪,幾種晶體沒有太大的區(qū)別,恒溫和非恒溫也沒有什么區(qū)別。一般上理論認(rèn)為,晶振的相位噪聲,近端取決于晶體,遠(yuǎn)端取決于電路。近端相位噪聲正比于晶體Q值的4次方。這點(diǎn)在我的試驗(yàn)中沒有得到體現(xiàn)。我認(rèn)為可能的原因在于:
1.近端仍舊是電路的噪聲在起主要作用,高Q值晶體的效果沒有得到發(fā)揮。
2.晶體的有載Q值比空載Q值下降很多,以至于各種晶體的有載Q值差別不大,所以相噪相差不大。
總結(jié)來說,在低噪聲晶振的設(shè)計(jì)中,電路是非常重要的環(huán)節(jié),振蕩電路應(yīng)該要使晶體的有載Q值不致下降很多,并且電路附加的噪聲要足夠小。一般性的設(shè)計(jì)中,不必一味追求晶體的高Q值(對老化率有要求的除外),用低成本的晶體加上設(shè)計(jì)良好的電路(電路的成本也許只要幾元錢)也能得到不錯的相位噪聲水平。
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