抗振晶體振蕩器相位噪聲測試方法的對比研究
摘要 目前電子系統(tǒng)都要求對晶體振蕩器進(jìn)行振動狀態(tài)下相位噪聲測試。但對于抗振晶體振蕩器,按照常規(guī)相位噪聲測試方法進(jìn)行測試時其結(jié)果有可能不正常。文中分析了抗振晶體振蕩器振動狀態(tài)下的相位噪聲及測試方法,通過對比測試發(fā)現(xiàn),不同的測試系統(tǒng)其測試結(jié)果也不相同。通過系統(tǒng)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,解決了測試結(jié)果不正常的問題,使測試結(jié)果達(dá)成一致。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201610/309029.htm在電子系統(tǒng)中,晶體振蕩器的相位噪聲是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo),無論是靜止還是振動狀態(tài)都要求進(jìn)行測試相位噪聲性能。對于常規(guī)晶體振蕩器靜止?fàn)顟B(tài)下的相位噪聲,常規(guī)相位噪聲測試系統(tǒng)都能準(zhǔn)確地進(jìn)行相位噪聲測試。但抗振晶體振蕩器振動狀態(tài)下的相位噪聲曲線與常規(guī)晶體振蕩器有較大不同。如果整機(jī)系統(tǒng)直接按常規(guī)晶體振蕩器的測試方法對抗振晶體振蕩器進(jìn)行測試,測試曲線則有可能不正常。
本文分析了抗振晶體振蕩器的相位噪聲及其測試方法,通過對比測試發(fā)現(xiàn)不同測試系統(tǒng)存在測試結(jié)果不同的問題。最終通過系統(tǒng)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,解決了測試結(jié)果不正常的問題,使測試結(jié)果達(dá)到一致。
1 相位噪聲的測試方法
目前晶體振蕩器相位噪聲的測試方法有兩種,一種是采用相位檢波器法的正交技術(shù),測試原理框圖如圖1所示。測試時需要一個參考源,被測件被鎖定在參考源時才能進(jìn)行測試,PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)就是采用正交技術(shù)。另一種是采用互相關(guān)技術(shù)的測試方法,原理框圖如圖2所示。
被測件的相位噪聲可表示為
一方面可以通過增加相關(guān)次數(shù)NCorrelation消除測試系統(tǒng)的誤差,最大限度降低測試系統(tǒng)的影響。另一方面測試時不需要參考源鎖定,測試比較方便,且測試速度快。E5052A信號源分析儀的測試方法就是采用互相關(guān)技術(shù)。
2 抗振晶體振蕩器的相位噪聲
常規(guī)晶體振蕩器振動狀態(tài)下的相位噪聲相對于靜止?fàn)顟B(tài)會有約50 dB的惡化。所以常規(guī)抗振晶體振蕩器一般都是采用減振方式對晶體振蕩器進(jìn)行抗振設(shè)計(jì),減振器的諧振頻率約為30 Hz,降低晶體振蕩器遠(yuǎn)端的相位噪聲,從而使抗振晶體振蕩器與常規(guī)晶體振蕩器的動態(tài)相位噪聲曲線有所不同。在10~100 Hz之間,相位噪聲最差,與未減振時差別不大,并且在30 Hz處附近會有諧振放大而惡化。而在100~1 000 Hz之間,此部分頻偏處的相位噪聲每10倍頻程相位噪聲的變化較大,下降高達(dá)50~60 dB。
3 對比測試
在相同振動條件下,分別使用E5052A信號源分析儀和PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)對同一只抗振晶體振蕩器進(jìn)行相位噪聲測試,輸出頻率為100 MHz,測試曲線如圖3和圖4所示。
如圖3所示,E5052A信號源分析儀的測試曲線正常,在頻偏1 kHz處的動態(tài)相位噪聲曲線是連續(xù)的,為-148 dBc/Hz。但在圖5中PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)的測試曲線明顯不正常,在頻偏10~400 Hz和1 kHz~1 MHz處,PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)與E5052A信號源分析儀測試結(jié)果一致。而在頻偏100 Hz~1 kHz處,頻偏1 kHz處的動態(tài)相位噪聲為-138dBc/Hz。在頻偏1~10kHz處,頻偏1 kHz處的動態(tài)相位噪聲為-148dBc /Hz,兩處的相位噪聲相差10 dB,使頻偏1 kHz處的測試曲線呈現(xiàn)臺階狀態(tài)。
4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析
E5052A信號源分析儀的中頻增益在所有頻偏處設(shè)置為固定值,所以系統(tǒng)的噪底不會因?yàn)榫w振蕩器的相位噪聲變差而受到影響,測試結(jié)果即為抗振晶體振蕩器實(shí)際的動態(tài)相位噪聲。而PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)在進(jìn)行相位噪聲測試時,每10倍頻程為一段,從遠(yuǎn)端開始逐一測試。初始中頻增益自動設(shè)置為90 dB。在測試每一頻段時首先對噪聲進(jìn)行掃描和評估此段頻偏處的相位噪聲。如果相位噪聲較差時,測試系統(tǒng)則會自動降低該段頻偏處的中頻增益,否則系統(tǒng)將無法進(jìn)行測試或測試結(jié)果不正常。但由于中頻增益的下降此時測試系統(tǒng)的噪底也會相應(yīng)惡化,測試結(jié)果有可能不正常,最終無法準(zhǔn)確測量抗振晶體振蕩器的相位噪聲。
將PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)的中頻增益設(shè)置為固定值時,測試100 MHz抗振晶體振蕩器靜止?fàn)顟B(tài)下的相位噪聲,測試結(jié)果如圖5所示,曲線從上至下分別是中頻增益為30 dB、40 dB、50 dB、60 dB、70 dB和80 dB時的靜態(tài)相位噪聲測試結(jié)果。中頻增益的降低對系統(tǒng)本底將會惡化,特別是對100 Hz以后的相位噪聲的測試影響較大。所以測試系統(tǒng)噪底的惡化將不能準(zhǔn)確地測量抗振晶體振蕩器的相位噪聲。中頻增益至少80 dB時才能準(zhǔn)確測試此抗振晶體振蕩器的靜態(tài)相位噪聲。
在實(shí)際測試時,PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)在測試頻偏1 kHz~1 MHz處的相位噪聲時,測試系統(tǒng)的中頻增益為90dB。如圖5所示,此時1kHz處測試系統(tǒng)的噪底約為-160 dBc/Hz,比抗振晶體振蕩器的實(shí)際相位噪聲要低,所以圖4在頻偏1 kHz~1 MHz的1kHz處的測試數(shù)據(jù)是實(shí)際抗振晶體振蕩器的相位噪聲,為-148 dBc/Hz。PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)在進(jìn)行頻偏100 Hz~1 kHz處的相位噪聲時,由于100 Hz處的相位噪聲較差,測試系統(tǒng)自動將中頻增益下降為60 dB。如圖5所示,此時100Hz處測試系統(tǒng)的噪底約為-130dBc/Hz,比抗振晶體振蕩器的實(shí)際相位噪聲要低,所以PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)在100 Hz處的測試數(shù)據(jù)為實(shí)際抗振晶體振蕩器的相位噪聲。在1kHz處測試系統(tǒng)的噪底約為-140dBc/Hz,比抗振晶體振蕩器的實(shí)際相位噪聲高,所以圖4在頻偏100 Hz~1kHz中,1kHz處的測試數(shù)據(jù)是測試系統(tǒng)此時的噪底,約為-138 dBc/Hz。最終導(dǎo)致PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)測試抗振晶體振蕩器的動態(tài)相位噪聲時,測試曲線呈現(xiàn)臺階狀態(tài)。
為解決此問題,重新設(shè)置PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)的功能設(shè)置。增加PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)中的噪底優(yōu)化功能。此噪底優(yōu)化功能主要是通過將測試系統(tǒng)中測試軟件的采樣點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分,增加采樣數(shù)據(jù)量,降低測試系統(tǒng)的影響。所以增加噪底優(yōu)化的功能后,可以降低測試系統(tǒng)的噪底,但同時由于數(shù)據(jù)量增加較大,測試時間將會延長。增加噪底優(yōu)化的功能后。測試結(jié)果如圖6所示,中頻增益達(dá)到60 dB時就能準(zhǔn)確測試此抗振晶體振蕩器的靜態(tài)相位噪聲。
通過增加優(yōu)化噪底功能后,測試曲線如圖7所示,增加優(yōu)化噪底功能后,頻偏1 kHz處的動態(tài)相位噪聲為-148 dBc/Hz。消除了測試曲線上此處的臺階狀態(tài),與E5052A信號源分析儀的測試結(jié)果達(dá)成一致。所以,通過增加優(yōu)化噪底功能可以解決PN8000相位噪聲測試系統(tǒng)測試抗振晶體振蕩器相位噪聲曲線不正常的問題。
5 結(jié)束語
本文分析了抗振晶體振蕩器的相位噪聲及其兩種測試方法,通過增加優(yōu)化噪底功能和對比實(shí)驗(yàn),解決了抗振晶體振蕩器在兩種測試系統(tǒng)中測試結(jié)果不同的問題,使兩種測試系統(tǒng)的測試結(jié)果達(dá)成一致,為分析抗振晶體振蕩器和整機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)相位噪聲測試問題提供了參考。
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