頻率是單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),是描述周期運動頻繁程度的量,常用符號f或ν表示,單位為秒分之一,符號為s-1.為了紀(jì)念德國物理學(xué)家赫茲的貢獻,人們把頻率的單位命名為赫茲,簡稱“赫”,符號為Hz.物理中頻率的基本單位是赫茲(Hz),簡稱赫,也常用千赫(kHz)或兆赫(MHz)或吉赫9(GHz)做單位.1kHz=1000Hz,1MHz=1000000Hz,1GHz=1000MHz.如32.768KHZ,每個物體都有由它本身性質(zhì)決定的與振幅無關(guān)的頻率,叫做固有頻率.頻率概念不僅在力學(xué),聲學(xué)中應(yīng)用,在電磁學(xué),光學(xué)與無線電技術(shù)中也常使用.
頻率生成在當(dāng)今幾乎所有商業(yè),工業(yè)和軍事技術(shù)中都是一項基本功能.所有振蕩器信號都包含一定程度的噪聲.盡管簡單的石英晶體振蕩器,例如用電阻器-電容器(RC)或電感器-電容器(LC)諧振器構(gòu)造的振蕩器等
對于一些電路來說,許多應(yīng)用需要石英晶體振蕩器提供額外的穩(wěn)定性和更低的噪聲.
一個理想的振蕩器會在一個頻率上產(chǎn)生一個完全重復(fù)的信號.然而,石英晶振電子元件和頻率確定諧振電路中的噪聲過程導(dǎo)致瞬時頻率圍繞其中心值變化或抖動.這導(dǎo)致了在任何給定時間精確頻率的不確定性,并且振蕩器產(chǎn)生的頻譜分布在窄頻帶上——大部分能量集中在中心頻率附近.
有許多方法可以測量或表達這種振蕩器噪聲現(xiàn)象,但是精密振蕩器最常見的方法是相位噪聲.相位噪聲在頻域中測量,繪制為信號振幅對頻率的關(guān)系圖.這是顯示在光譜分析儀上的表示.對于相對有噪聲的信號,如果測量帶寬設(shè)置正確,相位噪聲可以直接在頻譜分析儀上觀察到.然而,對于諸如大多數(shù)晶體振蕩器產(chǎn)生的干凈信號,分析儀寬帶本地振蕩器的噪聲高于待測源的噪聲,因此無法直接觀察到來自被測單元的噪聲.因此,必須采用一些提高測量系統(tǒng)靈敏度的方法.

相位噪聲測量框圖

實現(xiàn)這種靈敏度提高的常見方法是比較一個振蕩器和另一個振蕩器.這是大多數(shù)有源晶振商用相位噪聲測量系統(tǒng)的工作方式.一個非常低噪聲的參考振蕩器被調(diào)整到與被測單元完全相同的頻率.當(dāng)這兩個信號被饋入相位檢測器時,它們的相對相位被調(diào)整并鎖定在90度偏移處,載波頻率在混頻器中被抵消.在對高頻分量進行濾波之后,僅保留已經(jīng)混合到基帶頻率的殘余噪聲調(diào)制.該噪聲信號然后被放大以增加靈敏度.由于高頻信號已經(jīng)通過混合和濾波過程被去除,因此殘余噪聲信號可以用非常低的帶寬分析器進行檢查.
為了使相位噪聲測量標(biāo)準(zhǔn)化,結(jié)果通常表示為在距離中心載波給定偏移距離的1Hz帶寬中量的邊帶噪聲功率載波信號功率的頻率.然后繪制出如圖所示的曲線圖.

相位噪聲
YH1322 OCXO@100Hz

這些圖表顯示了的性能精密低噪聲有源晶振在10兆赫和100兆赫.這兩個單位實現(xiàn)了更好的噪音下限大于-170dBc/Hz,大于10kHz偏離載波.這種方法先進的性能商業(yè)產(chǎn)品.

相位噪聲
YH1321 OCXO@10MHZ

L(f) [ dBc/Hz ] vs f [ Hz ]

在較低的偏移頻率下接近載波,相位噪聲由質(zhì)量決定貼片晶振的.100英鎊兆赫晶體具有相當(dāng)大的低于10MHz晶體的“Q”,所以噪音越低越大偏移.基于精密石英晶體的振蕩器已經(jīng)顯示出提供最佳相位噪聲性能可從任何市售設(shè)備獲得.即使是簡單的晶體時鐘振蕩器也能給出非常好的結(jié)果石英有源晶振固有頻率穩(wěn)定性導(dǎo)致的相位噪聲性能.

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