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石英晶体振荡器的输出与抖动的关系分析

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浏览：- 发布日期：2018-06-28 11:18:28【大中小】

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石英晶体振荡器除了输出应起振的频率以外,还输出频率分量.从图6所示的石英晶体振荡器输出信号频率特性可以看到基本频率周围所存在的其它频率的“裙摆”.这是因随机信号而引起的相位调制,即因噪音源调制振荡器而产生的,通常被称为“相位噪音”.这些频率大多高于本底噪声,并出现在载波频率附近.噪音可用以下算式表示：

这里的E（t）表示振幅的变化（振幅噪音）,φ（t）表示相位的变化（相位噪音）.φ（t）是相位噪音.
相位噪音通常定义为偏离载波的偏离频率的噪声功率和载波功率之比.所有相位噪音均成为抖动.

一般情况下用“单边带（SSB、Single side Band之略）相位噪音L（f）”表现相位噪音.L（f）是偏离晶振频率f的函数,单位是dBc/Hz.用相位变化而造成的单边带功率来定义,是偏离载波频率fHz频率的1Hz频带宽的电气信号总功率（图7）可用以下算式来表现：

L(f)(Center中心频率Frequency fHz)Power 1Hz频带宽的功率/电气信号总功率at the1Hz bandwidth/Total power of signal 算式(3)

L（f）是噪音,所以必须折算成1Hz单位才能进行比较.若把测试相位噪音时的测定频带宽设定为A,则可用测试得出的相位噪音除以A来算出L（f）.例如,测试频带宽为1kHz,测试结果为-70dBc,可以得出-70dBc、-30dB,得到-100dBc/Hz的结论.1Hz是1kHz的1/1000,所以频带宽的平均输出也为1/1000（=-30dB）.dBc/Hz是表示有源晶振,石英晶体振荡器相位噪音的标准单位.

相位噪音除了产生于石英振荡电路的以外,如果使用了PLL电路,也会因起源于各电路部分、噪音成分或环路特性的噪音而产生.相位噪音表示石英晶体振荡器信号相位的晃动.因此,以时间变化来观测就可以看到先前说明的波形抖动.

石英晶体振荡器的相位抖动

相位噪音和抖动一起表示石英晶体振荡器信号的稳定性,相互有关.具体来说,相位噪音表现在频率领域中的频率不稳定,而抖动则表示在时间领域中的信号波形的晃动.与前述同样,横轴表示偏离频率,竖轴表示相位噪音.该相位噪音的积分值（图8的网点部分）就是属于随机抖动的相位抖动.通过计算特定偏离频率范围的积分,便能获得具有特定频率范围成份的相位抖动值.