高可靠高稳定恒温晶体振荡器设计

刘兰坤，王占奎

（中国电子科技集团公司 第十三研究所，河北 石家庄 050051）

0 引言

随着我国宇航技术的发展，系统对高可靠高稳定恒温晶体振荡器的需求越来越紧迫，目前高稳定度高频恒温晶振主要依靠进口，因此设计一种高可靠高稳定恒温晶振十分必要。

本文设计了一种输出频率100MHz、短期稳定度优于2*1012/s，相位噪声优于-72dBc/Hz@1Hz，-105dBc/Hz@10Hz，-135dBc/Hz@100Hz的高可靠、高稳定度恒温晶振，主要用于宇航应用系统。

1 方案设计

恒温晶振是将石英晶体谐振器置于一个恒温槽中，采用精密控温系统对恒温槽加热，使位于恒温槽内的石英晶体谐振器工作在其频温曲线拐点温度下，以获得高稳定度的晶体振荡器。本文选用恒温晶振方案实现，方案由稳压电路、振荡放大电路、控温系统及晶体谐振器组成，原理框图如图1示。

图1 恒温晶体振荡器原理框图

2 高稳定度设计

衡量晶体振荡器稳定度性能的最重要指标是短期稳定度，短期稳定度在时域和频域内的表征分别是阿仑方差和相位噪声。

2.1 振荡器短期稳定度分析

短期稳定度是指由噪声引起的振荡频率的变化。反馈振荡器由放大器和反馈网络组成，在放大器和反馈网络中，噪声通过对振荡器输出信号进行干扰或调制而影响振荡器的短期稳定度。相位噪声的数学研究方法主要有线性时不变方法[1]、Lesson噪声模型[2]等。本文选用Lesson噪声模型进行分析。

式中：SΔφ(f)为振荡器输出相位噪声谱密度，SΔθ(f)f0为振荡器环路内部相位谱密度，f为振荡器输出频率，QL为偏离输出频率，为回路有载品质因数。……