基于差分晶体振荡器低相位噪声特性报告
来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫电子 2019年01月05
低相位噪声和低相位抖动是差分晶体振荡器比较明显的特性,在产品系统能起到不小的作用,它输出的不是常规的时钟信号,而是差分信号,也因此得名,这是一种彼此相位完全相反的输出方式。制造差分晶振的工艺比较多,而且相对要复杂一些,成本会比普通的晶体振荡器要高一些,但其作用和性能是其他振荡器难以替代的,而且损耗也低,能够分析处理“双极“信号,一些微弱的小信号也能迅速分清识别。差分振荡器的频率高,从50.000MHZ~1000.000MHZ部分厂家可以做到,能满足客户高频率的需求。
理想的振荡器可以在单一频率下产生完美的重复信号。然而,电子元件和频率确定谐振电路中的噪声过程导致瞬时频率围绕其中心值变化或抖动。这导致在任何给定时间确切频率的不确定性,并且差分输出的石英晶体振荡器产生的频谱在窄频带上扩散-大部分能量集中在中心频率附近。
频率产生是几乎所有当今商业,工业和军事技术中的基本功能。所有振荡器信号都包含一定程度的噪声。虽然简单的振荡器,例如由电阻器-电容器(RC)或电感器-电容器(LC)谐振器构成的振荡器,但是对于某些电路而言,许多应用需要额外的稳定性和差分晶体振荡器提供的较低噪声。
有许多方法可以测量或表达这种振荡器噪声现象,但精密振荡器最常见的方法是作为相位噪声。在频域中测量相位噪声,绘制为信号幅度与频率的关系。这是频谱分析仪上显示的表示。对于相对有噪声的信号,如果正确设置了测量带宽,则可以在频谱分析仪上直接观察到相位噪声。但是,对于大多数晶体振荡器产生的干净信号,分析仪的宽带本地差分晶振的噪声高于待测源的噪声,因此无法直接观察被测单元的噪声。因此必须采用一些提高测量系统灵敏度的方法。
相位噪声测量框图 实现这种灵敏度改进的最常用方法是将一个LVDS晶振与另一个晶振进行比较。这就是大多数商业相位噪声测量系统的运行方式。将极低噪声参考振荡器调整到与被测单元完全相同的频率。当这两个信号被馈入相位检测器并且其相对相位被调整并锁定在90度偏移时,载波频率在混频器中被消除。在对高频分量进行滤波之后,仅剩下已经混合到基带频率的残余噪声调制。然后放大该噪声信号以增加灵敏度。由于通过混合去除了高频信号。
在1个滤波过程中,可以使用极低带宽分析仪检查残留噪声信号。
为了标准化LV-PECL晶振相位噪声测量,结果通常表示为在从中心载波频率到载波信号功率的给定偏移距离处在1Hz带宽中测量的边带噪声功率的比率。然后产生如此处所示的图表。
这些图表显示了10MHz和100MHz的精密低噪声差分晶体振荡器的性能。当载波偏移大于10kHz时,这两个差分晶振单元的噪声基底均优于-170dBc/Hz。这体现了商业产品的最先进性能。 在接近载波的较低偏移频率处,相位噪声由晶振的质量确定。100MHz晶体的“Q”比10MHz晶体低得多,因此在低偏移时噪声更高。 基于精密差分晶体振荡器已被证明可提供任何商用设备的最佳相位噪声性能。由于石英固有的频率稳定性,即使是简单的差分石英晶振也能提供非常好的相位噪声性能。
常见的差分输出大家也知道,是LVDS,LV-PECL和HCSL这3种,不同的输出起到的作用也不一样,工程和采购在选购时,最好要先确认好频率,电压及输出,否则可能会引起误差,停振等不良反应。生产厂家采购差分型贴片晶振最主要的原因,是为了消除已产生的共模噪声,降低噪音,让系统性能变得更高更优越。
理想的振荡器可以在单一频率下产生完美的重复信号。然而,电子元件和频率确定谐振电路中的噪声过程导致瞬时频率围绕其中心值变化或抖动。这导致在任何给定时间确切频率的不确定性,并且差分输出的石英晶体振荡器产生的频谱在窄频带上扩散-大部分能量集中在中心频率附近。
频率产生是几乎所有当今商业,工业和军事技术中的基本功能。所有振荡器信号都包含一定程度的噪声。虽然简单的振荡器,例如由电阻器-电容器(RC)或电感器-电容器(LC)谐振器构成的振荡器,但是对于某些电路而言,许多应用需要额外的稳定性和差分晶体振荡器提供的较低噪声。
有许多方法可以测量或表达这种振荡器噪声现象,但精密振荡器最常见的方法是作为相位噪声。在频域中测量相位噪声,绘制为信号幅度与频率的关系。这是频谱分析仪上显示的表示。对于相对有噪声的信号,如果正确设置了测量带宽,则可以在频谱分析仪上直接观察到相位噪声。但是,对于大多数晶体振荡器产生的干净信号,分析仪的宽带本地差分晶振的噪声高于待测源的噪声,因此无法直接观察被测单元的噪声。因此必须采用一些提高测量系统灵敏度的方法。
相位噪声测量框图 实现这种灵敏度改进的最常用方法是将一个LVDS晶振与另一个晶振进行比较。这就是大多数商业相位噪声测量系统的运行方式。将极低噪声参考振荡器调整到与被测单元完全相同的频率。当这两个信号被馈入相位检测器并且其相对相位被调整并锁定在90度偏移时,载波频率在混频器中被消除。在对高频分量进行滤波之后,仅剩下已经混合到基带频率的残余噪声调制。然后放大该噪声信号以增加灵敏度。由于通过混合去除了高频信号。
在1个滤波过程中,可以使用极低带宽分析仪检查残留噪声信号。
为了标准化LV-PECL晶振相位噪声测量,结果通常表示为在从中心载波频率到载波信号功率的给定偏移距离处在1Hz带宽中测量的边带噪声功率的比率。然后产生如此处所示的图表。
这些图表显示了10MHz和100MHz的精密低噪声差分晶体振荡器的性能。当载波偏移大于10kHz时,这两个差分晶振单元的噪声基底均优于-170dBc/Hz。这体现了商业产品的最先进性能。 在接近载波的较低偏移频率处,相位噪声由晶振的质量确定。100MHz晶体的“Q”比10MHz晶体低得多,因此在低偏移时噪声更高。 基于精密差分晶体振荡器已被证明可提供任何商用设备的最佳相位噪声性能。由于石英固有的频率稳定性,即使是简单的差分石英晶振也能提供非常好的相位噪声性能。
常见的差分输出大家也知道,是LVDS,LV-PECL和HCSL这3种,不同的输出起到的作用也不一样,工程和采购在选购时,最好要先确认好频率,电压及输出,否则可能会引起误差,停振等不良反应。生产厂家采购差分型贴片晶振最主要的原因,是为了消除已产生的共模噪声,降低噪音,让系统性能变得更高更优越。
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