晶振噪声的由来及改善方法

晶振

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描述

低噪声晶振主要减少振荡器内部噪声对输出信号的影响,以获得短期频率稳定性的晶体振荡器。噪声会引起输出信号频率的随机起伏:起伏小,稳定度越高。

晶振噪声的由来

晶振的短期频率稳定度由噪声引起导致的频率不稳定。其中,电噪声是根本原因,包括热噪声,散弹噪声,以及闪变噪声。导体的无规律热运动带来热噪声。改善毫秒级稳定度可以降低闪相噪声,白相噪声。

改善噪声的方法 

晶振IC

晶振内部IC包含晶体管,二极管,电阻,电感,电容。这些元件都存在噪声。

电容和电感:有功电阻小,可视为无噪声元件。

晶体管:作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流。振荡器的噪声主要来自晶体管的内部。应减少晶体管的数量或者采用噪声低的晶体管。

晶片Q值

除IC以外,石英晶体需要有尽量高的在线Q值,这是保证高频率稳定性,低噪声,低老化的重要条件。

晶振

激励电平

振荡输出信号中的噪声和晶体的激励电平有关。激励电平是晶体在工作时消耗的电量,通常以毫瓦和微瓦来表示。提高激励电平可以改善振荡器的短期频率稳定性。

Drive Level = (Irms2 x R)

Irms =测得的流经石英晶体的均方根电流; 

R = 石英晶体的最大电阻

KOAN低抖动晶振

低噪声晶振在精密电子仪器,无线电定位,高速目标跟踪,宇航通信等领域。KOAN有多款低抖动晶振可供选择。

‍频域和时域的关系 从频域来看,对应的参数是相位噪声Phase Noise;从时域来看,对应的参数是抖动Jitter。时间和频域之间的关系互为倒数Time=1/Frequency。  

抖动

总抖动=随机抖动+确定性抖动:

晶振

随机抖动是无界的,不可预测,通常由热噪声引起。如果幅度足够大,会导致随机时序误差或者抖动。

确定性抖动在幅度上是有界的,可预测,信号上升和下降时会导致数据幅度不规则,逻辑电平可能会不规则。

相位噪声

相位噪声的形成因素主要三方面:

A区主要是晶体Q值来决定。高频晶体有很高的近载波相位噪声, 因为他们有低的Q值和更宽的边带。

B区主要是晶体外围电路(包括IC)来决定。

C区主要是信号输出(白噪声)来决定。

晶振

审核编辑:汤梓红

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