低成本测量振荡器噪声的简化程序
对于没有经验的人来说石英振荡器的相位噪声可能有点神秘感,但是熟悉功率谱密度的设计师可以很快的辨认出并且提供频率速度,常见的测量技术将被测振荡器的相位于具有相似的或者更高的噪声性能,信号由矢量表示,该矢量的长度在振荡器频率下饶原点旋转,其信号幅度成正比例,在尖端随机指向的信号源代表的就是振荡器的噪声源.
低噪声Oscillators Crystal可以表现出极低的近距离相位噪声,无法使用频谱分析仪或频率鉴别器直接测量,通过将两个振荡器的相对相位保持为正交,普通PLL可以使测量更容易,这通常是将小相位变化转换为电压变化的最佳点,虽然PLL-直在努力消除这些相位变化,但时间常数可以设置得足够长,以保持感兴趣的最慢相位变化,下面显示了一个典型的框图,其中被测振荡器和参考振荡器直接连接到双平衡二极管混频器,混频器输出通过低通滤波器连接,以阻止RF频率到锁相放大器.
选择电阻器和电容器以使环路带宽远低F要测量的最低频率,相位斜率为每弧度伏特,调谐灵敏度为每秒弧度-伏特,即每伏特2πHz.低通贴片滤波器应该去除无线电频率,但它不应该在环路带宽附近具有滚降频率,否则环路可能变得不稳定,并且它应该足够宽以使噪声通过所关注的最高频率,噪声输出通常发送到低噪声放大器,然后是音频频谱分析仪,波形分析仪或滤波器,如果分析仪本底噪声足够低,则可能不需要低噪声放大器.
上述方案外观简单,但有许多选择,并发症和陷阱: ●首先,混频器将相位变化转换为电压变化,其转换灵敏度必须确定,确定转换因子的一种方法是断开电气调谐并调节贴片晶振频率,直到使用示波器在混频器的输出端观察到拍音,零交叉的斜率可以以伏特每弧度确定,记住-个完整的拍音对应于2弧度,陷阱:连接到PLL的放大器可能被拍音过驱动并导致测量错误,如果它们断开连接,则混频器的负载会发生变化,这可能会改变相位斜率,尤其是在混频器输出端没有使用低阻抗负载时(为了获得更好的相位斜率.
用于确定斜率的另-种技术是仔细确定其中一个OSC贴片晶振的电调谐的灵敏度,并应用音频信号以产生精确的频率调制,振荡器的电调谐网络必须具有足够的带宽以不滚降调制信号,并且如果移动DC点,则必须考虑调谐非线性,将PLL调谐电压连接到OUT可能是有利的,使得可以利用固定的DC偏压将调制应用于参考振荡器电调谐,仅在-个频率上检查相位斜率,并且可能存在非平坦的频率响应,特别是如果使用异常混频器电路来增强相位斜率,当只测量近距离噪声或本底噪声没有超出测量极限时,最好用50欧姆终止混频器输出.
●PLL产生的噪声可以覆盖振荡器的噪声,使用较低值的电阻和低噪声运算放大器.●PLL中的低阻尼因子会产生噪声"凸起",这会夸大环路带宽频率附近的噪声.●大信号,线路相关频率和大幅度低频噪声可能导致放大器过载,从而导致错误读数.●接地上的音频噪声可能会进入低噪声音频放大器并导致错误的高读数,分流炉电流和其他电源电流直接返回电源,而不是通过信号同轴电缆. 测量相位噪声的简化程序如下:●测量相位斜率.●连接电气调谐和PLL以及低噪声放大器,重新调整振荡器频率,以便在调谐范围中间附近调谐电压,LPF输出应接近零犬.测量低噪声放大器输出端的音频频谱.
在频谱上分析观察时,幅度与相位噪声将在截波的两侧显示噪声源,测量噪声角度时,确切的说噪声角度的谱密度在概念上是简单易懂的,当测量相位噪声时,测量的是相位角的小变化,然后推断出相位噪声矢量的长度变化,换句话说测量的角度时相位噪声矢量乘以信号大小,相对于好的有源振荡器噪声角会小很多,那么较大的振荡器电平将产生较低的相位噪声,其信号噪声电平会得到一定的改善.
