解读射频系统核心器件之振荡器

射频工程师之家微 发表于 2020-08-10 10:42:18 收藏 已收藏
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解读射频系统核心器件之振荡器

射频工程师之家微 发表于 2020-08-10 10:42:18
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振荡器是所有射频系统的核心部件,其性能直接影响到系统中几乎所有其他元件的性能,并对最终的数据精度产生决定性的影响。振荡器的功能非常简单(至少在理论上是这样)。 它只是创造一个纯正的正弦波,如下图所示。

解读射频系统核心器件之振荡器

图1 理想振荡器的频域和时域波形

理想与实际振荡器

跟任何其他元件一样,实际器件和理想器件有相当大的差距。理想的性能和现实的振荡器的性能如下所示。 在右边,你可以看到三种不同频率的振荡器。 第一个(顶部)图显示了最常见的非理想(不想要的)问题。 最高的中心峰值是我们想从振荡器中得到的,但是中心峰周围所有其他的小峰值,都是我们不想要的。 在这种情况下,这些小峰值之间的间隙似乎是相当稳定的,这至少可以给我们一些线索来排除故障。 第二张(中间)图显示了中心峰周围有许多小峰,有些峰似乎处于相似的间隙中,有些现在也是。 中心峰值周围的频率响应不是很对称,第三幅图(底部)显示了中心峰值沿频率轴放大。 理想振荡器的中心峰值应该显示非常尖锐的(不管你怎么放大它),但这一个显示了一种扩大的裙边,因为它下降到峰值的底部。 这是由振荡器的相位噪声引起的,这是每个人都想避免的,但不可能完全消除。

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图2 理想振荡器和实际振荡器的频谱显示

理想振荡器和现实振荡器之间,还有一个重要的区别。 它是关于振荡器的频率随温度的变化。 每个人都想要一个频率根本不随温度变化的振荡器,如左图所示。 但这种振荡器只存在于我们的想法中,而不是现实中。 现实中的振荡器显示了温度的频率响应,如右图所示。 说明了频率随温度的变化,这种频率变化对通信系统的性能有很大的影响。 有几种技术来补偿这种频率变化(例如,锁相环,温补控制等) ,但几乎不可能完全消除这些频率变化。

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图3 温度对振荡频率的影响

振荡器有很多种不同的类型。 如果你破坏任何一个电子产品,你会看到振荡器(a)~(d)。 如果拆开一些需要高频率精度零件的电子设备,你会看到像(f) ~ (g)这样的振荡器,称为 ocxo (烘箱控制晶体振荡器)。 如果你看到(j) ~ (l)这样的产品,它看起来不像是一个振荡器,但我把它们也归类为振荡器,因为它们的功能基本上和我们通常看到的振荡器一样。 这些被称为’磁控管’ ,通常用于微波炉或非常大功率的发射机,如雷达系统。

面试常问的小问题:

1,怎样理解相位噪声?

参考答案:在时域波形来看,就是非规律出现的时钟抖动,在频域显示的时候不管出现的概率是多少,都会在频域体现出来;而如果信号周期固定偏移,那就是频偏而不是是相位噪声了。所有的时钟抖动都体现在图2右图中的相位噪声图中 。

2,在通讯系统中,和振荡器密切相关的参数有哪些?

频率误差,相位误差,EVM等参数和振荡器密切相关。

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