一種小型超低相噪恒溫晶振的設(shè)計(jì)

丁朝顯

摘要：在本文中，對(duì)晶振相噪設(shè)計(jì)方法和影響因素進(jìn)行了相應(yīng)的研究和分析，其中，主要探究的內(nèi)容是有載品質(zhì)因數(shù)值和電路結(jié)構(gòu)等對(duì)相噪產(chǎn)生的影響，同時(shí)，將改進(jìn)型的巴特勒振蕩電路在小體積下進(jìn)行了超低相噪恒溫晶振的設(shè)計(jì)作為重要的基礎(chǔ)，由此對(duì)穩(wěn)壓電路和主振電路等進(jìn)行了相應(yīng)的分析和研究。

關(guān)鍵詞：超低相噪；恒溫晶振；設(shè)計(jì)

在多個(gè)整機(jī)電子設(shè)備中，晶體振蕩器占據(jù)著至關(guān)重要的位置，是其關(guān)鍵和核心，對(duì)整機(jī)的性能指標(biāo)有著一定的決定性的作用。對(duì)于信號(hào)源來(lái)說(shuō)，晶體相噪指標(biāo)是非常重要的一項(xiàng)影響因素，同時(shí)，對(duì)于整機(jī)的性能參數(shù)的意義和作用也是不容小視的，除此之外，還是晶振中不可忽視的一項(xiàng)指標(biāo)。

一、理論闡釋

晶體振蕩電路中的多種元件都會(huì)產(chǎn)生噪聲，主要包括三極管、電阻和電容等等[1]，在這幾種元件中所產(chǎn)生的噪聲最大的是三極管，所產(chǎn)生的噪聲最小的是電容等，甚至可以將其當(dāng)作是無(wú)聲的。振蕩器的構(gòu)成主要包括兩個(gè)部分，分別是放大器和正反饋元件，將正反饋元件加到放大器上，在此過(guò)程中，噪聲發(fā)揮著重要的作用，會(huì)調(diào)制振蕩器信號(hào)，從而形成一定的噪聲模式，主要包括白噪聲調(diào)相、白噪聲調(diào)頻和閃變?cè)肼曊{(diào)相等[2]。

將LESSON模型作為重要的對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行全面、深入地分析和研究，將此作為重要的依據(jù)和參照，晶體振蕩器的相位噪聲和晶體振蕩電路的有載品質(zhì)因數(shù)值之間有著非常密切的聯(lián)系，兩者之間是相互關(guān)聯(lián)和影響的，當(dāng)有載品質(zhì)因數(shù)的值越高的時(shí)候，相位噪聲惡化的程度就越低[3]。在此情況下，在對(duì)低相噪晶振設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要注意相應(yīng)的問(wèn)題，一般情況下，其研究的中心都是提高有載品質(zhì)因數(shù)值。對(duì)于有載品質(zhì)因數(shù)值來(lái)說(shuō)，多方面的因素對(duì)其產(chǎn)生一定的影響和決定性的作用，其中，最為突出的是振蕩電路中晶體諧振器自身的有載品質(zhì)因數(shù)值和應(yīng)用的振蕩電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于晶體諧振器自身的有載品質(zhì)因數(shù)值來(lái)說(shuō)，也有著相應(yīng)的影響因素，主要就是晶體的制作工藝，使其控制在一定的范圍中，所以，在對(duì)低相噪晶振設(shè)計(jì)的過(guò)程中，最為關(guān)鍵和核心的內(nèi)容是采取有效的措施和手段來(lái)提高晶體諧振器在振蕩電路中的有載品質(zhì)因數(shù)值。

使用率比較高的晶體振蕩電路主要包括兩種，分別是并聯(lián)反饋性振蕩電路和串聯(lián)反饋性振蕩電路。不同的電路中，晶體諧振器的工作有著一定的不同之處。首先在并聯(lián)振蕩電路中，晶體諧振器工作在串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率之間，晶體所呈現(xiàn)的特性是感性的。同時(shí)，通常情況下所應(yīng)用的并聯(lián)振蕩電路也有著相應(yīng)的分類，主要包括兩種，分別是皮爾斯電路和考畢茲電路。然后，在串聯(lián)振蕩電路中，將晶體串聯(lián)在正反饋電路中，晶體諧振器工作在串聯(lián)諧振頻率，晶體所呈現(xiàn)的特性是純阻性。通常情況下應(yīng)用的串聯(lián)振蕩電路是巴特勒電路。

對(duì)晶體諧振器在電路中的有載品質(zhì)因數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的提高是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容和目標(biāo)，需要對(duì)其做到足夠的重視，要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，需要重視振蕩電路形式的選擇，所選擇的振蕩電路形式需要是有載品質(zhì)因數(shù)值匹配比較好的。

一般情況下，電路中的晶體諧振器有載品質(zhì)因數(shù)值相比于晶體諧振器自身絕對(duì)品質(zhì)因數(shù)值是比較小的，存在這種現(xiàn)象是有一定的原因的，主要就是電路中的電阻發(fā)生一定的損耗。所以，必須要將有載因數(shù)值進(jìn)行降低，并且降到最低，要實(shí)現(xiàn)這方面的操作，需要保證晶體的負(fù)載電阻是最小的，從而使得整個(gè)的電路的有載因數(shù)值在更大程度上弱化負(fù)載電阻的影響，當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化的時(shí)候，電路的有載因數(shù)值也不會(huì)出現(xiàn)惡化的情況。在兩種并聯(lián)振蕩電路中，將晶體進(jìn)行了相應(yīng)的連接，并且接在了不同的地方，分別是三極管的集電極和基極，在此情況下，等效負(fù)載是比較大的。當(dāng)在串聯(lián)電路中的時(shí)候，晶體諧振器串接在發(fā)射極來(lái)提供高頻負(fù)反饋，等效負(fù)載電阻是比較小的，同時(shí)，與并聯(lián)電路相比，串聯(lián)電路中的有載因數(shù)值有著非常大優(yōu)勢(shì)。

二、仿真分析

當(dāng)對(duì)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的確定之后，在參數(shù)設(shè)計(jì)方面，需要采取相應(yīng)的措施，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

通過(guò)相應(yīng)的理論分析和研究，從中發(fā)現(xiàn)，要為低相位噪聲的水平提供重要的保障，需要對(duì)巴特勒串聯(lián)電路進(jìn)行充分的應(yīng)用。在此電路中，將晶體進(jìn)行相應(yīng)的串接，使其位于主振放大器的發(fā)射極，其所提供的是高頻負(fù)反饋，同時(shí)，電容分壓器是串接在電路的輸出端的，其所提供的是正反饋。在振蕩電路中，晶體諧振器的工作是在自身的串聯(lián)諧振頻率上的，并且發(fā)揮著重要的作用，主要是對(duì)諧振頻率進(jìn)行高有載因數(shù)值選頻有著非常重要的作用和影響。

對(duì)仿真手段進(jìn)行充分的應(yīng)用，從而對(duì)以上的振蕩電路進(jìn)行仿真分析。

對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的分析和總結(jié)，從而得出相應(yīng)的結(jié)論，與其進(jìn)行全面的結(jié)合，將此作為重要的依據(jù)和參照，對(duì)巴特勒電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的改善，從石英諧振器中將振蕩信號(hào)引出，這樣的操作有著非常重要的作用，能夠?qū)w諧振器的高有載因數(shù)值的選頻特性進(jìn)行充分的應(yīng)用。

在將巴特勒結(jié)構(gòu)的振蕩電路進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)之后，再對(duì)其進(jìn)行充分的應(yīng)用，在此過(guò)程中，發(fā)揮著重要的作用，使得相位噪聲有一定程度的改進(jìn)。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，多種因素對(duì)其產(chǎn)生一定的影響，在此情況下，與仿真分析結(jié)構(gòu)相比較，相噪結(jié)果會(huì)出現(xiàn)比較大的差異，不過(guò)，在產(chǎn)品的實(shí)際研發(fā)和制作的過(guò)程中，仿真分析的指導(dǎo)作用是不容小視的。

三、測(cè)試結(jié)果

在本文中，對(duì)100MHz小型超低相噪恒溫晶體振蕩器進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

以下是相位噪聲實(shí)際測(cè)試曲線圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在本文中研發(fā)和設(shè)計(jì)的100MHz小型超低相噪恒溫晶振，其體積達(dá)到了20毫米*20毫米*10毫米，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的研制目標(biāo)。

四、結(jié)語(yǔ)

在本片文章中，對(duì)小型的超低相噪晶振進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，它具備著非常鮮明的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，主要包括比較好的相位噪聲性能和小封裝尺寸，對(duì)于最新的電子裝備來(lái)說(shuō)，有著非常重要的作用，可以在很大程度上滿足其要求，主要包括對(duì)于晶振體積和相噪指標(biāo)的要求，其發(fā)展的空間是非常大的。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣松濤.一種小型超低相噪恒溫晶振的設(shè)計(jì)[J].壓電與聲光，2015，03：420422+426.

[2]孫曉英.一種基于門振蕩電路的恒溫晶振設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，17：118119.

[3]高加亭，趙宏建.一種恒溫晶振專用控溫芯片設(shè)計(jì)[J].微處理機(jī)，2015，05：48.