晶振，作为现代电子设备中不可或缺的时钟源，其性能直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。在晶振电路设计中，近端和远端的相位噪声（Phase Noise）是评估晶振性能的重要指标。相位噪声反映了信号频率稳定性的质量，即信号中频率成分的随机波动。
一、近端相位噪声
近端相位噪声通常指距离载波频率较近的频率范围内的噪声水平。这一区域的噪声主要由晶体本身的参数决定，包括晶体的谐振频率、品质因数（Q值）、等效串联电阻（ESR）等。
1、谐振频率
晶体的谐振频率决定了其工作的基本频率，是晶振性能的基础。
2、品质因数（Q值）
晶体的Q值越高，其频率稳定性越好，近端相位噪声通常越低。高Q值的晶体谐振电阻较小，因此起振速度更快，有助于降低近端相噪。
3、等效串联电阻（ESR）
ESR反映了晶体在振荡过程中的能量损耗。较小的ESR有助于减少能量损失，提高振荡信号的稳定性和强度，从而降低近端相噪。
此外，晶体的制造工艺和材料也会对近端相位噪声产生影响。优质的制造工艺和材料能够减少晶体内部的缺陷和杂质，从而降低噪声水平。
二、远端相位噪声
远端相位噪声则指距离载波频率较远的频率范围内的噪声水平。这一区域的噪声更多地依赖于晶体匹配的振荡IC（集成电路）的特性。
1、振荡IC的设计
振荡IC的设计，包括放大器的噪声水平、电源噪声抑制能力、电路布局等，都会对远端相位噪声产生影响。良好的振荡IC设计可以有效地降低远端相位噪声。
2、电源噪声
电源噪声是远端相噪的重要来源之一。通过增加电源去耦电容、优化电源管理等方式，可以有效地减少电源噪声对远端相噪的影响。
3、电路布局
合理的电路布局可以减少信号干扰和延迟，确保晶振信号的完整性，从而降低远端相噪。
三、电性能参数对近端/远端相噪的综合影响
在晶振电路设计中，起振时间、负载电容等电性能参数也对近端和远端相位噪声有重要影响。
起振时间
起振时间的长短主要由晶体的谐振电阻和振荡器的负性阻抗共同决定。高Q值的晶体谐振电阻较小，起振速度更快。
负载电容（CL）
负载电容的大小不仅影响振荡器的负性阻抗，还会对近端和远端相噪带来不同的影响。较小的负载电容使负性阻抗变大，起振速度更快，牵引量更大，但同时也更容易受到杂散电容的影响。这对近端相噪有利，但可能增加远端相噪。较大的负载电容则相反，有助于提升远端相噪的稳定性，但可能对近端相噪不利。
拓展阅读：晶振相位噪声和频率稳定度有什么区别？
相位噪声和频率稳定度都可以反映出晶振输出频率的稳定程度，但它们关注的是不同时间概念下的频率变化。对于通信、GNSS、雷达、基站、高速数据传输、精密测量和时钟同步等应用，相位噪声和频率稳定度都非常重要。
什么是频率稳定度？
频率稳定度是晶振输出频率在一定时间、温度或环境条件下的变化程度。通常与以下因素有关：温度变化、电源电压变化、负载变化、晶体老化、机械应力、PCB应力、环境振动。
例如一颗10MHz、±10ppm的晶振：
实际频率相对于10MHz标称值的允许偏差
10MHz × 10ppm = ±100Hz
频率在9,999,900Hz ～ 10,000,100Hz范围
什么是相位噪声？
相位噪声是实际振荡信号相对于理想载波，在不同偏移频率处产生的随机相位波动。通常用dBc/Hz表示。例如1kHz偏移处相位噪声为-145dBc/Hz。这个参数描述的是距离载波频率1kHz的位置，存在多少相位噪声能量。
为什么±10ppm不等于相位噪声好？
晶振A：±10ppm，近端相位噪声较低
晶振B：±10ppm，近端相位噪声较高
两个都可能满足±10ppm的频率要求，但在GNSS接收机、雷达或者高速通信系统中，晶振B可能无法满足系统的噪声要求。反过来说，一颗晶振可能有非常好的相位噪声表现，但温度变化之后频率偏移较大。
频率稳定度主要受什么影响？
1. 温度：晶体的谐振频率会随着温度变化而变化。温度变化较大的应用需要关注Frequency Stability/Temperature Stability。这也是TCXO能够提高频率稳定性的主要原因之一。
2. 晶体老化：石英晶体长期工作后，其机械结构和材料状态会发生非常微小的变化，从而导致频率逐渐漂移。高精度应用除了关注初始ppm，还需要关注±ppm/year。
3. 负载电容：晶振的实际工作频率会受到负载电容影响。如果PCB寄生电容、MCU管脚电容和外部匹配电容发生变化，都可能导致实际频率发生偏移。
4. 电源和环境：对于有源晶振，电源电压变化也可能影响输出频率。机械振动、PCB应力和温度变化同样会影响频率稳定性。
相位噪声主要受什么影响？
1. 晶体Q值：石英晶体有非常高的Q值。一般来说，在其他条件相近的情况下，
高Q值
↓
更好的频率选择性
↓
有利于低相位噪声
但不能简单理解为Q值越高，相位噪声一定越低。实际相噪还受到振荡器电路和工作点影响。
2. 振荡器本身的噪声：有源晶振内部包含振荡电路、放大器、输出缓冲器、电源管理电路。这些电路自身都会产生噪声。尤其是振荡器的闪烁噪声（Flicker Noise）会对近端相位噪声产生明显影响。
3. 电源噪声：如果电源存在DC-DC纹波、开关噪声、高频干扰，这些噪声可能通过电源耦合进入振荡器，从而恶化相位噪声。
4. PCB布局：晶振附近如果存在高速数字信号、DDR、SerDes、DC-DC、RF线路，可能通过电磁耦合或电源/地噪声影响晶振。对于低相噪应用，PCB布局非常重要。
近端相噪和远端相噪
晶体Q值、晶体损耗、振荡器闪烁噪声、机械振动、温度变化、低频电源噪声等影响近端相噪（1Hz、10Hz、100Hz、1kHz）。
振荡器宽带噪声、输出Buffer、电源纹波、PCB串扰、输出负载、高频数字噪声等影响远端相噪（10kHz、100kHz、1MHz）。
不同应用应该关注什么？
普通MCU：标称频率、±ppm、CL、ESR、温度范围、起振性能。相位噪声通常不是第一优先级。
RTC：32.768 kHz、ppm、温度稳定性、Aging、CL、ESR、低功耗。因为RTC长期计时，所以频率稳定度通常比相位噪声更加重要。
GNSS：还需要额外关注TCXO频率稳定度、相位噪声、Aging、温度特性。因为本振频率和噪声都会影响接收机性能。
5G/5G-A与基站：频率稳定度、相位噪声、抖动、时间同步、温度稳定性。
雷达：在汽车77GHz毫米波雷达应用中，相位噪声十分重要。因为本振噪声会影响距离和速度检测能力，并可能影响系统的杂波和检测性能。
PCIe、SerDes等高速接口：需要额外关注Jitter（抖动）和Phase Noise（相位噪声）。
常见问题
1、±10ppm和-120dBc/Hz哪个更好？
不能直接比较。两者描述的是不同指标，一个是频率偏差/稳定度，一个是相位噪声，而且相位噪声还必须注明具体Offset Frequency。
2、ppm越小，相位噪声就越低吗？
不一定。ppm和相位噪声不是一一对应关系。
3、相位噪声越低越好吗？
在其他条件相同，并且系统对相噪敏感的情况下，相噪是越低越好。但不能为了追求更低相噪而忽略成本、功耗、起振裕量和频率稳定度。
4、普通MCU需要关注相位噪声吗？
不需要把相噪作为主要的参数。对于普通MCU时钟，频率、ppm、CL、ESR、起振性能和温度范围通常更加重要。
