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1、100M100M 晶振使用三种晶体的相位噪声比较晶振使用三种晶体的相位噪声比较2010-05-24 20:33:14 作为恒温晶振 OCXO 或温补晶振 TCXO，100MHz 是一个常用的频率。从切型和振动模式来看，常用的有以下 3 种晶体：AT 切 3 次泛音、AT 切 5 次泛音、SC 切 5 次泛音。前一种通常用来制作温补晶振TCXO，后 2 种用来制作恒温晶振 OCXO。这是因为：1 AT 切晶体在非恒温的情况下，在宽温度范围内（40+85）其频率温度变化要小于 SC 切的晶体，适合于温补晶振。2 AT 切晶体的频率牵引率较大，适合于温补晶振。3 良好设计的 5 次泛音的晶体比 3
2、次泛音的晶体 Q 值更高，相噪、老化、稳定度都会更好，更适合做恒温晶振。为了试验晶体的 Q 值与相位噪声之间的关系，选择了 3 种晶体进行试验。3 种晶体如下：A AT 切 3 次泛音，Q 值约为 50K（UM1 封装）。B AT 切 5 次泛音，Q 值约为 90K（UM1 封装）。C SC 切 5 次泛音，Q 值约为 130K（35U 封装）。电路的基本结构相同，但有一些变化。晶体 A 没有加恒温电路，电源供电为 5V，主振级使用 4V 的稳压电压。晶体 B 恒温到 70 度附近，电源供电为 5V，主振级使用 4V 的稳压电压。晶体 C 恒温到 90 度附近，电源供电为 12V，主振级使用
3、8V 的稳压电压。输出幅度都在 9dBm 左右。测试相噪结果如下：要从理论上来解释这个结果，有些困难甚至有些牵强。不过我还是尝试一下。先看远端 10KHz 以外的相噪，晶体 C 最好，这或许是因为使用了较高的电源电压，因此输出信噪比较好。晶体 A 与 B 相比，A 的远端相噪较好，这可能是基于以下 2 点：1 晶体 A 的电路没有恒温，热噪声较低。2 晶体 A 是三次泛音晶体，虽然 Q 值低，但谐振阻抗 RS 也低，因此主振级输出幅度较大，信噪比提高。再来看近端 10HZ 处的相噪，几种晶体没有太大的区别，恒温和非恒温也没有什么区别。一般上理论认为，晶振的相位噪声，近端取决于晶体，远端取决于电路。近端相位噪声正比于晶体 Q 值的 4 次方。这点在我的试验中没有得到体现。我认为可能的原因在于：1. 近端仍旧是电路的噪声在起主要作用，高 Q 值晶体的效果没有得到发挥。2. 晶体的有载 Q 值比空载 Q 值下降很多，以至于各种晶体的有载 Q 值差别不大，所以相噪相差不大。总结来说，在低噪声晶振的设计中，电路是非常重要的环节，振荡电路应该要使晶体的有载 Q 值不致下降很多，并且电路附加的噪声要足够小。一般性的设计中，不必一味追求晶体的高 Q 值（对老化率有要求的除外） ，用低成本的晶体加上设计良好的电路（电路的成本也许只要几元钱）也能得到不错的相位噪声水平。
