一種小型超低相噪恒溫晶振的設計

丁朝顯

摘要：在本文中，對晶振相噪設計方法和影響因素進行了相應的研究和分析，其中，主要探究的內容是有載品質因數值和電路結構等對相噪產生的影響，同時，將改進型的巴特勒振蕩電路在小體積下進行了超低相噪恒溫晶振的設計作為重要的基礎，由此對穩壓電路和主振電路等進行了相應的分析和研究。

關鍵詞：超低相噪；恒溫晶振；設計

在多個整機電子設備中，晶體振蕩器占據著至關重要的位置，是其關鍵和核心，對整機的性能指標有著一定的決定性的作用。對于信號源來說，晶體相噪指標是非常重要的一項影響因素，同時，對于整機的性能參數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指標。

一、理論闡釋

晶體振蕩電路中的多種元件都會產生噪聲，主要包括三極管、電阻和電容等等[1]，在這幾種元件中所產生的噪聲最大的是三極管，所產生的噪聲最小的是電容等，甚至可以將其當作是無聲的。振蕩器的構成主要包括兩個部分，分別是放大器和正反饋元件，將正反饋元件加到放大器上，在此過程中，噪聲發揮著重要的作用，會調制振蕩器信號，從而形成一定的噪聲模式，主要包括白噪聲調相、白噪聲調頻和閃變噪聲調相等[2]。

將LESSON模型作為重要的對象，對其進行全面、深入地分析和研究，將此作為重要的依據和參照，晶體振蕩器的相位噪聲和晶體振蕩電路的有載品質因數值之間有著非常密切的聯系，兩者之間是相互關聯和影響的，當有載品質因數的值越高的時候，相位噪聲惡化的程度就越低[3]。在此情況下，在對低相噪晶振設計的過程中，需要注意相應的問題，一般情況下，其研究的中心都是提高有載品質因數值。對于有載品質因數值來說，多方面的因素對其產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因數值和應用的振蕩電路拓撲結構。對于晶體諧振器自身的有載品質因數值來說，也有著相應的影響因素，主要就是晶體的制作工藝，使其控制在一定的范圍中，所以，在對低相噪晶振設計的過程中，最為關鍵和核心的內容是采取有效的措施和手段來提高晶體諧振器在振蕩電路中的有載品質因數值。

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

對晶體諧振器在電路中的有載品質因數值進行相應的提高是非常重要的一項內容和目標，需要對其做到足夠的重視，要實現此目標，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因數值匹配比較好的。

一般情況下，電路中的晶體諧振器有載品質因數值相比于晶體諧振器自身絕對品質因數值是比較小的，存在這種現象是有一定的原因的，主要就是電路中的電阻發生一定的損耗。所以，必須要將有載因數值進行降低，并且降到最低，要實現這方面的操作，需要保證晶體的負載電阻是最小的，從而使得整個的電路的有載因數值在更大程度上弱化負載電阻的影響，當負載電阻發生變化的時候，電路的有載因數值也不會出現惡化的情況。在兩種并聯振蕩電路中，將晶體進行了相應的連接，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，等效負載是比較大的。當在串聯電路中的時候，晶體諧振器串接在發射極來提供高頻負反饋，等效負載電阻是比較小的，同時，與并聯電路相比，串聯電路中的有載因數值有著非常大優勢。

二、仿真分析

當對電路拓撲結構進行了相應的確定之后，在參數設計方面，需要采取相應的措施，進行仿真驗證。

通過相應的理論分析和研究，從中發現，要為低相位噪聲的水平提供重要的保障，需要對巴特勒串聯電路進行充分的應用。在此電路中，將晶體進行相應的串接，使其位于主振放大器的發射極，其所提供的是高頻負反饋，同時，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諧振頻率上的，并且發揮著重要的作用，主要是對諧振頻率進行高有載因數值選頻有著非常重要的作用和影響。

對仿真手段進行充分的應用，從而對以上的振蕩電路進行仿真分析。

對工程設計進行充分的分析和總結，從而得出相應的結論，與其進行全面的結合，將此作為重要的依據和參照，對巴特勒電路結構進行全面的改善，從石英諧振器中將振蕩信號引出，這樣的操作有著非常重要的作用，能夠對晶體諧振器的高有載因數值的選頻特性進行充分的應用。

在將巴特勒結構的振蕩電路進行了相應的改進之后，再對其進行充分的應用，在此過程中，發揮著重要的作用，使得相位噪聲有一定程度的改進。在對產品進行具體設計的過程中，多種因素對其產生一定的影響，在此情況下，與仿真分析結構相比較，相噪結果會出現比較大的差異，不過，在產品的實際研發和制作的過程中，仿真分析的指導作用是不容小視的。

三、測試結果

在本文中，對100MHz小型超低相噪恒溫晶體振蕩器進行了相應的設計。

以下是相位噪聲實際測試曲線圖。從圖中可以發現，在本文中研發和設計的100MHz小型超低相噪恒溫晶振，其體積達到了20毫米*20毫米*10毫米，實現了預期的研制目標。

四、結語

在本片文章中，對小型的超低相噪晶振進行了相應的設計，它具備著非常鮮明的特點和優勢，主要包括比較好的相位噪聲性能和小封裝尺寸，對于最新的電子裝備來說，有著非常重要的作用，可以在很大程度上滿足其要求，主要包括對于晶振體積和相噪指標的要求，其發展的空間是非常大的。

參考文獻：

[1]蔣松濤.一種小型超低相噪恒溫晶振的設計[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計[J].電子技術與軟件工程，2015，17：118119.

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