基于Leeson模型的晶体振荡器相位噪声研究

实际中常希望通过模型分析或仿真来预测晶体振荡器的相位噪声(短期频率稳定度),以便为实际振荡器的分析设计提供指导方向。本文从Robins模型和Leeson模型出发,以100MHz变形皮尔斯晶体振荡电路为例,对晶体振荡器的相位噪声进行了估算、仿真和实测。对估算、仿真和实测数据经过分析后发现Leeson模型和Serenade仿真对预测振荡器的短期频率稳定度是有效的,但Serenade仿真的内部模型还不完善,并在此基础上进行了相关讨论。

基于提高有载Q的120 MHz低相噪晶体振荡器设计

从反馈振荡器的Leeson模型相位噪声表达式出发,分析了有载Q的重要性,针对基本皮尔斯振荡电路推导出有载Q的表达式,得到C1越大,有载Q越高的结论。在此基础上设计了一个120MHz AT切低相噪晶体振荡器样机,经实际测试,该振荡器在偏离载频100Hz、220Hz、1kHz和底部相位噪声分别达到了-130dBc/Hz、-142dBc/Hz、-155dBc/Hz和小于-175dBc/Hz。结果表明,从提高有载Q出发对低相噪晶体振荡器进行设计是可行的。

一种巴特勒低噪声声表面波振荡器的设计

从提高有载品质因数QL的角度出发设计了一种315MHz低噪声声表面波振荡器。通过分析巴特勒共基声表面波振荡电路得到了QL的表示式,在此基础上设计了一个实际的315MHz巴特勒共基声表面波振荡器样机,并对其进行了相位噪声测试。设计中使用的声表面波谐振器是R315,其无载品质因数Q0约为1.06×104,实际测得该振荡器的相位噪声结果为-129dBc/Hz@1kHz和-161dBc/Hz@10kHz。

50 MHz低噪声Colpitts石英晶体振荡器设计

该文在振荡器Leeson模型的基础上分析了有载品质因数(Q_L)对振荡器相位噪声的影响,且通过分析Colpitts振荡电路得到了其Q_L的表达式,明确了Q_L与电路参数的精确关系。并用安捷伦ADS软件对50 MHz Colpitts晶体振荡器的相位噪声进行了仿真,根据仿真结果在提高Q_L的基础上设计了一晶体振荡器样机,样机采用AT切三次泛音、49U电阻焊封装的晶体谐振器,其无载品质因数(Q_0)为1.45×10~5。经测试得到其相位噪声指标优于-107dBc/Hz@10Hz、-134dBc/Hz@100Hz和-152dBc/Hz@1kHz。实验结果表明,基于提高Q_L设计低相噪晶体振荡器的方法是可行的。