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了解百利晶振相位噪声的终极指南

在许多高端通信应用中，通过消除相位噪声来保持电子射频电路中的强频率稳定性非常重要。对于雷达系统中的精确定位和其他通信系统中的频谱纯度尤其如此。

让我们深入了解相位噪声和抖动的确切含义。这将帮助您更好地了解为什么降低系统的相位噪声很重要。

什么是相位噪声？

相位噪声在波形的频域中表示，由相位（频率）的快速、短期、随机波动组成。这是由时域不稳定性（抖动）引起的。

确保不要将相位噪声与抖动混淆。抖动是一种描述时域中振荡器稳定性的方法。它将所有噪声源组合在一起，并显示它们对时间的影响。

用最简单的术语来说，相位噪声描述了频域中振荡器的稳定性，而抖动描述了时域中的稳定性。

干货不要错过:深入探讨晶体抖动性和相噪的发生机理.

晶体抖动性和相噪这两个性能是有源晶振所特有的功能特性,同时它们的大小也影响着振荡器的输出频率,一般情况下抖动性能越好(即抖动系数越小)那么输出频率就稳定,同理,对于相噪来说,相位噪声越小的情况下产品的输出频率信号就越稳定;是以许多厂家都寻觅优化它们的方法,并且低抖动,低相噪是未来产品的发展方向和目标之一.

一颗晶振有数十种性能,比如老化特性,相位噪声,频率衰减特性等等都是晶振产品所具备的性能特性,不过往往用户关心的性能就仅仅是频率,负载,频率容差,尺寸等较为基础的性能;当然,对于一些特殊用户来说,有时候工作温度也是较为关键的选型标准,像有源方面的就需要确定工作电压等参数,但是了解晶体单元的工作方式和温度频率特性也是相当有必要的,这样有助于更好的运用晶振产品.

相位噪声的度量是个技术活,但似乎也没想象中那么难

针对如何测量相位噪声这样的问题,文泽尔晶振就发布了相对应的文章,文中明确说到应该采用什么样的方式去测量相位噪声,以及相关的注意事项和逻辑分析.在该文中文泽尔晶振采用的低噪声放大器,当测量相位噪声时,相比较于50欧姆电阻来说,具有更低的输入噪声.

通常情况下,我们在了解一款有源晶振(石英晶体振荡器)的时候主要看那些参数呢?其实有源晶振的重要参数主要包括类别,振荡频率,电源电压,精度,相位噪声,抖动性能等等,不过我们在对其进行选型的时候主要关注的就是类别,精度,频率,电源电压这几种参数.在这之前我还没了解到过具备连续电源电压的石英晶体振荡器,这就是日蚀晶振公司旗下的EB19E2,EB49E2和EB59E2系列.

削顶正玄波(Clipped Sine Wave)是有源晶振输出方式的一种,相比方波的谐波分量少很多,但驱动能力较弱,在负载10K/10PF时Vp-p为0.8Vmin.通常为SMD7050,SMD5032,SMD3225等封装的表贴温补晶振使用的输出波形.当然,有源晶振还有CMOS,TTL,ECL,LVDS,正玄波等输出方式,这些输出逻辑方式也各有优缺点,至于如何利用它们我们却是不得而知.所以台湾泰艺晶振就推出了相关的技术支持文档,明确指出应当如何在电路设计中应用削顶正玄波.

差分输出即差动输出,是石英晶振产品的输出逻辑之一,并且还是有源晶振都有的特征;除去差分输出之外,还有CMOS,正玄波,削顶正玄波,TTL等多种逻辑输出方式,这些输出逻辑各有各的特点,比如CMOS输出逻辑的谐波分量就会很多,但是驱动功率比较大,而正玄波和削顶正玄波输出逻辑的谐波分量就比较少,但是驱动功率较小.而差分输出具备两个输出信号,相互正交,可降低相位噪声,在这款具有差分输出信号的普通石英晶体振荡器NP3225SBB发布之前,差分信号输出只应用于差分晶振至上.

晶体振荡器削波正弦波形输出

•截断的正弦波形最多TCXO晶体振荡器的流行输出选项.

-低功耗,改善散热性能特点更好的老化和频率稳定性能

-比CMOS输出有源晶体振荡器更好的相位噪声性能产量

使用Clipped正弦波形芯片组有输入缓冲器

•要将限幅波形转换为CMOS的方波信号,需要输入缓冲器.

•通常,IC将TCXO温补晶振的输出输入缓冲区.振荡器电路应具有与逆变器并联的RF反馈.

•如果IC没有Rf电阻输出引脚的逆变器.

在数字音频中,时钟频率的相位噪声会影响DAC的抖动功能,并导致声源的恶化,从而妨碍忠实的声音再现.因此,需要具有优异相位噪声特性(低抖动)的主时钟晶体振荡器以改善声音再现性.

相位噪声由远离石英晶体振荡器的原始频率测量的频率分量的电平表示.与参考频率的距离称为偏移频率,主要在1Hz至1MHz的范围内测量.

此外,频率稳定性通常被认为对晶体振荡器很重要,但频率稳定性意味着一种不会长时间波动的措施.音频设备在短期内需要的波动小于长期的稳定性.因此,频率稳定度约为±30ppm至±100ppm的SPXO晶振(*4)通常用作主时钟.对于高端数字音频,OCXO晶振(*5)可用于更高质量的声音.

Bliley Technologies是低相位噪声频率控制产品设计和制造的全球领导者,总部位于宾夕法尼亚州伊利市.自1930年以来Bliley晶振集团一直是私人拥有和经营的产品,85年来一直是高质量频率控制产品的稳定来源.Bliley研究和开发的技术是业内最具创新性,最高质量和最强大的设计.

2016年5月24日,宾夕法尼亚州伊利-高性能频率控制设备的领导者Bliley Technologies宣布推出世界上功耗最低的恒温振荡器LP102 OCXO.LP102恒温晶振在功耗仅为135mW的产品中具有出色的稳定性和相位噪声性能,是频率控制行业的一项重大创新.

Bliley推出世界上功耗最低的LP102 OCXO晶体振荡器,能够达到产品所需的最高性能,但是功耗小,具有高可靠使用性.LP102 OCXO恒温晶振,小型,高精度,低功耗,是工程技术的首选.

日本NDK开发了一种超小型9×7mm高精度OCXO(烤箱控制)晶体振荡器,用于基站应用5G,能够运行高达+95高温度,NDK开发适用于5G基站的+95℃高温OCXO晶振,产品型号命名为NH9070WC恒温晶振和NH9070WD恒温晶振.样品出货定于2019年7月,批量生产定于2019年12月.

近年来,需要高速和大容量无线电基站网络来支持该用途大容量内容,如图像和视频.为了实现超高速和大容量服务,5G移动网络需要安装大量小基站(小基站),以补充宏基站.这个小型基站安装在一个小空间内,例如建筑物内部或室外公用设施由于高密度安装,预计极和内部元件的温度会升高并受到影响由外部环境变化.因此,需要紧凑,高温兼容,高稳定性石英晶体振荡器,具有出色的相位噪声特性和良好的温度斜率特性*1,不易受温度变化的影响.

宾夕法尼亚州伊利-高性能频率控制设备的领导者Bliley Technologies推出的低地球轨道(LEO)卫星OCXO晶体振荡器产品线Iris系列.百利Iris系列OCXO晶振专为LEO轨道空间应用而设计,旨在对LEO轨道典型的总电离剂量和线性能量传递进行辐射耐受.

百利晶振集团推出的Lris系列具有Bliley晶振固有的高质量和稳定性,具有出色的相位噪声稳定性和g灵敏度,与传统的空间OCXO恒温振荡器相比,百利Iris系列OCXO晶振的低功耗和小尺寸使其成为小型LEO有效载荷的理想选择.

什么是相位噪声?相位噪声通常被测量为石英晶体振荡器内的频率稳定性.对于那些可能不熟悉的人来说,晶体振荡器基本上是产生和传输射频信号的主要部件,用于：雷达通信系统,微波系统,军事应用,还有更多的应用程序.

来自许多不同来源的振动,即使非常小的振动（微振动）,也会在石英晶体振荡器中引起相位噪声和抖动.这抑制了由振荡器产生的信号的质量和稳定性,因此使得装置的整体通信更加困难.除了直接振动之外,还有其他方法会产生相位噪声.

有源晶振,石英晶体振荡器的输出具有多种选择,不同的晶体振荡器输出信号类型有不同的优缺点,具体取决于您的产品应用.了解晶体振荡器输出信号类型是一件很有必要的事情,可以减少更多的衰减以及产品的时钟信号的絮乱.

有关石英晶体振荡器输出信号的优缺点对比介绍

差分与单端:

正弦波通常提供最佳的相位噪声,然后是CMOS然后差分

差分信号具有更好的上升和下降时间

差分信号更能抵抗共模噪声

差分对EMI的影响较小

石英晶振,晶体振荡器被广泛用于各行各业,而石英晶体振荡器是低相位噪声的高级选择,并且在电路设计中增加了频率稳定性.比如像电阻器-电容器（RC）或电感器（IC）-谐振器那样的简单振荡器对某些电路来说比较好.下面一起探索Bliley晶体振荡器电路低相位噪声的秘密.

我们都了解航天航空,军事应用都需要更高性能的应用,需要选择的是具有更高精密的晶体振荡器产品,以保持低相位噪声和高稳定性,否则会导致设计中心频率偏移的风险.晶振晶体在电路中的噪声过程导致中心频率偏离其期望值.频率漂移的其他原因包括温度,振动和g力的变化.频率信号中的这种不需要的噪声可以被测量为相位噪声.

如何测量晶体振荡器中的低相位噪声

能够测量和监控石英晶体振荡器,有源晶体振荡器中的相位噪声水平非常重要,因为它可能会因晶体老化或其他外部因素（如振动,温度和g力）而随时间变化.

在频域中测量相位噪声,并将其绘制为信号幅度与频率的关系.对于相当嘈杂的信号,可以在频谱分析仪上清楚地看到相位噪声. 然而,大多数有源晶体振荡器产生非常干净的信号.在这种情况下,分析仪本地振荡器的噪声高于被测振荡器的噪声......使得很难直接观察到相位噪声.现在必须实现提高测量过程的灵敏度.

测量相当干净的晶体振荡器信号中相位噪声的最常用方法是将一个振荡器与另一个振荡器进行比较.大多数商业相位噪声测量系统使用这种方法.