相噪与有源晶振性能之间的关系是什么?

相噪与有源晶振性能之间的关系是什么?

相位噪声(phase noise),简称相噪,是有源晶振的一项非常重要的性能特征。它对作为振荡器的有源晶振的输出频率稳定性影响非常大,一般情况下,相位噪声越小,则表示有源晶振性能越好,输出信号稳定性越高。

相位噪声对振荡电路的影响

有源晶振的Q值对于改善相位噪声的载波频率附近的相位噪声尤其重要。无论偏移频率如何,信号电平越高,相位噪声电平越低。通过将信号电平设置为尽可能大的系统,可以降低相位噪声,但是可以应用于有源晶振的激励电平存在上限。如果激励水平过高,则可能会发生不必要的振动模式,并且振荡状态可能会变得异常。

泛音具有较高的Q值,并且在偏移附近很有效,但是要小心,因为在高激励电平下工作时,石英晶振和振荡电路的电阻损耗会变大,频率波动会变大,并且信号纯度会下降是必然的。

另外,随着功率的增加,由于晶体换能器的非线性引起的频率波动增加,因此在过度激励水平下的操作也会引起相位噪声的恶化。重要的是选择具有优异噪声性能的半导体器件。闪烁噪声会影响距载波附近大约10kHz中频附近的偏移频率,而热噪声会像信号电平一样均匀地影响整个偏移频带。

如何降低相噪?

首先要确保石英晶振振荡振动电路的Q值,有源晶振的Q值越高,振荡电路的电阻损耗越小,振荡环路的Q值越高;设备降噪是必须的,选择具有低噪声指数NF和闪烁转折频率的器件,以减少半导体噪声,例如热噪声,散粒噪声和闪烁噪声。

除此之外,PLL电路的倍频会导致相位噪声恶化。这点也要注意;同时还要尽可能增加振荡电路的激励水平。由于噪声特性是信号电平与噪声功率之间的相对值,所以信号电平越高,则越有利。然而,在平坦区域中使用有源晶振的激发能级特性是一个条件。泛音具有较高的Q值,在偏移附近非常有用。但是,当在高激励电平下工作时,晶体和振荡电路的电阻损耗会增加,并且由于频率波动,相位噪声会恶化,因此必须小心。

最后,适当地在距电源和GND端子最短的地方放置一个旁路电容器,以抑制电源噪声。以上这些方法都能够很好的优化有源晶振相噪性能,对其性能的提升大有裨益。

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