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有源晶体振荡器中的相位噪声/抖动
在介绍有源晶体振荡器中相位噪声/抖动的来源之前，我们需要揭开与测量相关的一些措辞的神秘面纱，因此让我们从相位噪声和抖动的简单描述开始。
相位噪声 是一种描述振荡器在频域中稳定性的方法。它可以区分 Random （Stochastic） 噪声和 Induced/Rerepeatitive （Deterministic） 噪声。Frequency Domain（频域）显示振荡器输出的频谱（频率）内容在给定频率范围内的外观。在这个域中，我们使用 Spectrum Analyzer（频谱分析器）来查看振荡器的输出（图 1）。
抖动是一种描述振荡器在时域中稳定性的方法。它将所有噪声源集中在一起，并显示它们对时间的影响。Time Domain （时域） 显示OSC晶振的输出在显示的时间段内的情况。在这个域中，我们使用示波器来查看振荡器的输出（图 2）。
了解 Phase Noise 需要了解 Spectral Density 的概念。
想象一个不可能构建的带通滤波器，具有以下属性（图 3）。
1、通带增益 = 1
2、阻带衰减 = 无限
3、通带宽度 = 1 Hz
4、阻带垂直侧
5、可调谐中心频率，步长为 1 Hz
将此滤波器应用于您正在测量的信号，从频率 fstart 开始，以 1Hz 的步长结束。在每个步骤中，使用功率计测量滤波器的输出功率水平，并在图表上绘制（图 4）。
信号功率谱密度（以瓦特/Hz 带宽为单位）
1、WHITE PHASE 热噪声（约翰逊噪声），即 kT 缓冲放大器噪声、电阻器噪声和 Shott 噪声。
2、FLICKER PHASE 粉红噪声（每十倍频程的功率相等），即主要是缓冲放大器的闪烁噪声。
3、WHITE FREQ 载波噪声，即主要是晶体 RLC 噪声。
4、FLICKER FREQ 白分频 （载波噪声） 和 FLICKERPHASE （晶体管噪声） 的互调，特别是在振荡器回路内。
5、RANDOM WALK 石英和电极结构中的固有噪声源。环境变化可能引起的外部影响，例如机械冲击、振动、温度变化等。
这些都是 Crystal Oscilator 固有的 Phase Noise 源，还有其他外部影响会影响 Oscillators 的 Phase Noise 性能。这些因素包括电源噪声、循环接地电流、控制电压线上的噪声、不断变化的负载条件、机械振动和电磁干扰等等。
在电压方面，请记住，相位噪声图以载波的功率 dB 为单位，因此每 -10 dBC 将电压除以 0.316 （√10）。这意味着对于本底噪声为 –150dBC 的 3.3V CMOS 输出振荡器，本底噪声电压仅为 104nV（纳伏）峰/包。
相位噪声 是一种描述振荡器在频域中稳定性的方法。它可以区分 Random （Stochastic） 噪声和 Induced/Rerepeatitive （Deterministic） 噪声。Frequency Domain（频域）显示振荡器输出的频谱（频率）内容在给定频率范围内的外观。在这个域中，我们使用 Spectrum Analyzer（频谱分析器）来查看振荡器的输出（图 1）。
抖动是一种描述振荡器在时域中稳定性的方法。它将所有噪声源集中在一起，并显示它们对时间的影响。Time Domain （时域） 显示OSC晶振的输出在显示的时间段内的情况。在这个域中，我们使用示波器来查看振荡器的输出（图 2）。
了解 Phase Noise 需要了解 Spectral Density 的概念。
想象一个不可能构建的带通滤波器，具有以下属性（图 3）。
1、通带增益 = 1
2、阻带衰减 = 无限
3、通带宽度 = 1 Hz
4、阻带垂直侧
5、可调谐中心频率，步长为 1 Hz
将此滤波器应用于您正在测量的信号，从频率 fstart 开始，以 1Hz 的步长结束。在每个步骤中，使用功率计测量滤波器的输出功率水平，并在图表上绘制（图 4）。
信号功率谱密度（以瓦特/Hz 带宽为单位）
将此滤波器应用于振荡器，其中 fstart 刚好高于振荡器频率 Fosc（图 5），然后我们测量单侧带（即上侧带）信号功率谱密度，以瓦特/赫兹带宽为单位。将 Signal 一词替换为 Noise 一词（因为 Fosc 以上且与谐波无关的任何内容都可以被视为噪声）并以 dBW（10log（瓦特））工作，因为动态范围大），然后，去掉其他一些词，意味着我们正在测量的是：-SSB 噪声密度，单位为 dBW/Hz
1、WHITE PHASE 热噪声（约翰逊噪声），即 kT 缓冲放大器噪声、电阻器噪声和 Shott 噪声。
2、FLICKER PHASE 粉红噪声（每十倍频程的功率相等），即主要是缓冲放大器的闪烁噪声。
3、WHITE FREQ 载波噪声，即主要是晶体 RLC 噪声。
4、FLICKER FREQ 白分频 （载波噪声） 和 FLICKERPHASE （晶体管噪声） 的互调，特别是在振荡器回路内。
5、RANDOM WALK 石英和电极结构中的固有噪声源。环境变化可能引起的外部影响，例如机械冲击、振动、温度变化等。
这些都是 Crystal Oscilator 固有的 Phase Noise 源，还有其他外部影响会影响 Oscillators 的 Phase Noise 性能。这些因素包括电源噪声、循环接地电流、控制电压线上的噪声、不断变化的负载条件、机械振动和电磁干扰等等。
在电压方面，请记住，相位噪声图以载波的功率 dB 为单位，因此每 -10 dBC 将电压除以 0.316 （√10）。这意味着对于本底噪声为 –150dBC 的 3.3V CMOS 输出振荡器，本底噪声电压仅为 104nV（纳伏）峰/包。
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