一种小型超低相噪恒温晶振的设计

丁朝显

摘要：在本文中，对晶振相噪设计方法和影响因素进行了相应的研究和分析，其中，主要探究的内容是有载品质因数值和电路结构等对相噪产生的影响，同时，将改进型的巴特勒振荡电路在小体积下进行了超低相噪恒温晶振的设计作为重要的基础，由此对稳压电路和主振电路等进行了相应的分析和研究。

关键词：超低相噪；恒温晶振；设计

在多个整机电子设备中，晶体振荡器占据着至关重要的位置，是其关键和核心，对整机的性能指标有着一定的决定性的作用。对于信号源来说，晶体相噪指标是非常重要的一项影响因素，同时，对于整机的性能参数的意义和作用也是不容小视的，除此之外，还是晶振中不可忽视的一项指标。

一、理论阐释

晶体振荡电路中的多种元件都会产生噪声，主要包括三极管、电阻和电容等等[1]，在这几种元件中所产生的噪声最大的是三极管，所产生的噪声最小的是电容等，甚至可以将其当作是无声的。振荡器的构成主要包括两个部分，分别是放大器和正反馈元件，将正反馈元件加到放大器上，在此過程中，噪声发挥着重要的作用，会调制振荡器信号，从而形成一定的噪声模式，主要包括白噪声调相、白噪声调频和闪变噪声调相等[2]。

将LESSON模型作为重要的对象，对其进行全面、深入地分析和研究，将此作为重要的依据和参照，晶体振荡器的相位噪声和晶体振荡电路的有载品质因数值之间有着非常密切的联系，两者之间是相互关联和影响的，当有载品质因数的值越高的时候，相位噪声恶化的程度就越低[3]。在此情况下，在对低相噪晶振设计的过程中，需要注意相应的问题，一般情况下，其研究的中心都是提高有载品质因数值。对于有载品质因数值来说，多方面的因素对其产生一定的影响和决定性的作用，其中，最为突出的是振荡电路中晶体谐振器自身的有载品质因数值和应用的振荡电路拓扑结构。对于晶体谐振器自身的有载品质因数值来说，也有着相应的影响因素，主要就是晶体的制作工艺，使其控制在一定的范围中，所以，在对低相噪晶振设计的过程中，最为关键和核心的内容是采取有效的措施和手段来提高晶体谐振器在振荡电路中的有载品质因数值。

使用率比较高的晶体振荡电路主要包括两种，分别是并联反馈性振荡电路和串联反馈性振荡电路。不同的电路中，晶体谐振器的工作有着一定的不同之处。首先在并联振荡电路中，晶体谐振器工作在串联和并联谐振频率之间，晶体所呈现的特性是感性的。同时，通常情况下所应用的并联振荡电路也有着相应的分类，主要包括两种，分别是皮尔斯电路和考毕兹电路。然后，在串联振荡电路中，将晶体串联在正反馈电路中，晶体谐振器工作在串联谐振频率，晶体所呈现的特性是纯阻性。通常情况下应用的串联振荡电路是巴特勒电路。

对晶体谐振器在电路中的有载品质因数值进行相应的提高是非常重要的一项内容和目标，需要对其做到足够的重视，要实现此目标，需要重视振荡电路形式的选择，所选择的振荡电路形式需要是有载品质因数值匹配比较好的。

一般情况下，电路中的晶体谐振器有载品质因数值相比于晶体谐振器自身绝对品质因数值是比较小的，存在这种现象是有一定的原因的，主要就是电路中的电阻发生一定的损耗。所以，必须要将有载因数值进行降低，并且降到最低，要實现这方面的操作，需要保证晶体的负载电阻是最小的，从而使得整个的电路的有载因数值在更大程度上弱化负载电阻的影响，当负载电阻发生变化的时候，电路的有载因数值也不会出现恶化的情况。在两种并联振荡电路中，将晶体进行了相应的连接，并且接在了不同的地方，分别是三极管的集电极和基极，在此情况下，等效负载是比较大的。当在串联电路中的时候，晶体谐振器串接在发射极来提供高频负反馈，等效负载电阻是比较小的，同时，与并联电路相比，串联电路中的有载因数值有着非常大优势。

二、仿真分析

当对电路拓扑结构进行了相应的确定之后，在参数设计方面，需要采取相应的措施，进行仿真验证。

通过相应的理论分析和研究，从中发现，要为低相位噪声的水平提供重要的保障，需要对巴特勒串联电路进行充分的应用。在此电路中，将晶体进行相应的串接，使其位于主振放大器的发射极，其所提供的是高频负反馈，同时，电容分压器是串接在电路的输出端的，其所提供的是正反馈。在振荡电路中，晶体谐振器的工作是在自身的串联谐振频率上的，并且发挥着重要的作用，主要是对谐振频率进行高有载因数值选频有着非常重要的作用和影响。

对仿真手段进行充分的应用，从而对以上的振荡电路进行仿真分析。

对工程设计进行充分的分析和总结，从而得出相应的结论，与其进行全面的结合，将此作为重要的依据和参照，对巴特勒电路结构进行全面的改善，从石英谐振器中将振荡信号引出，这样的操作有着非常重要的作用，能够对晶体谐振器的高有载因数值的选频特性进行充分的应用。

在将巴特勒结构的振荡电路进行了相应的改进之后，再对其进行充分的应用，在此过程中，发挥着重要的作用，使得相位噪声有一定程度的改进。在对产品进行具体设计的过程中，多种因素对其产生一定的影响，在此情况下，与仿真分析结构相比较，相噪结果会出现比较大的差异，不过，在产品的实际研发和制作的过程中，仿真分析的指导作用是不容小视的。

三、测试结果

在本文中，对100MHz小型超低相噪恒温晶体振荡器进行了相应的设计。

以下是相位噪声实际测试曲线图。从图中可以发现，在本文中研发和设计的100MHz小型超低相噪恒温晶振，其体积达到了20毫米*20毫米*10毫米，实现了预期的研制目标。

四、结语

在本片文章中，对小型的超低相噪晶振进行了相应的设计，它具备着非常鲜明的特点和优势，主要包括比较好的相位噪声性能和小封装尺寸，对于最新的电子装备来说，有着非常重要的作用，可以在很大程度上满足其要求，主要包括对于晶振体积和相噪指标的要求，其发展的空间是非常大的。

参考文献：

[1]蒋松涛.一种小型超低相噪恒温晶振的设计[J].压电与声光，2015，03：420422+426.

[2]孙晓英.一种基于门振荡电路的恒温晶振设计[J].电子技术与软件工程，2015，17：118119.

[3]高加亭，赵宏建.一种恒温晶振专用控温芯片设计[J].微处理机，2015，05：48.