電源與被測(cè)件之間的連接容易受到不同類型噪聲的影響和干擾, 包括電感耦合,電容耦合和射頻干擾.有很多降低噪聲的方法,石英晶振在測(cè)量過程中,有些被測(cè)件對(duì)直流電源輸入中的噪聲非常敏感,直接關(guān)乎到測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性甚至測(cè)試是否能進(jìn)行.下面介紹關(guān)于低成本相位噪聲測(cè)量

低成本相位噪聲測(cè)量

低噪聲石英晶體振蕩器可以表現(xiàn)出非常低的接近相位噪聲,這不能用頻譜分析儀或鑒頻器直接測(cè)量.最常見的測(cè)量技術(shù)是將被測(cè)振蕩器的相位與具有相似或優(yōu)越噪聲性能的參考振蕩器相比較.普通PLL可以通過將兩個(gè)振蕩器的相對(duì)相位保持在正交來使測(cè)量更容易,正交通常是將小相位變化轉(zhuǎn)換成電壓變化的最佳點(diǎn).盡管PLL一直在努力消除這些相位變化,但是時(shí)間常數(shù)可以設(shè)置得足夠長(zhǎng),以保持感興趣的最慢相位變化.下面顯示了一個(gè)典型的框圖,其中被測(cè)有源晶振和參考振蕩器直接連接到雙平衡二極管混頻器.混頻器輸出通過低通濾波器連接到鎖相放大器,以阻斷RF頻率.電阻器和電容器被選擇為給出遠(yuǎn)低于待測(cè)最低頻率的環(huán)路帶寬.相位斜率為每弧度伏特,調(diào)諧靈敏度為每秒弧度–伏特為每伏特2piHz.

低通濾波器應(yīng)該去除射頻,但是它不應(yīng)該有接近環(huán)路帶寬的衰減頻率,否則環(huán)路可能會(huì)變得不穩(wěn)定,它應(yīng)該足夠?qū)?/span>,以讓噪聲以感興趣的最高頻率通過.噪聲輸出通常被發(fā)送到低噪聲放大器,然后是音頻頻譜分析儀,波分析儀或?yàn)V波器.如果分析儀噪聲基底足夠低,則可能不需要低噪聲放大器.

并發(fā)癥

上述方案外觀簡(jiǎn)單,但有許多選擇,復(fù)雜之處和陷阱.

首先,混頻器將相位變化轉(zhuǎn)換成電壓變化,轉(zhuǎn)換靈敏度必須確定.

確定轉(zhuǎn)換系數(shù)的一種方法是斷開電調(diào)諧并調(diào)整晶振頻率,直到使用示波器在混頻器的輸出端可以觀察到拍音.零交叉的斜率可以用每弧度的伏特?cái)?shù)來確定,記住一個(gè)完整的節(jié)拍對(duì)應(yīng)于2π弧度.陷阱:連接到PLL的放大器可能被拍音過驅(qū)動(dòng),并導(dǎo)致測(cè)量誤差.如果它們被斷開,那么混頻器的負(fù)載會(huì)改變,這可能會(huì)改變相位斜率,尤其是如果混頻器輸出端沒有使用低阻抗負(fù)載(為了更好的相位斜率).可以切換到較低增益而不改變其輸入特性的放大器是有用的.此外,正相位斜率和負(fù)相位斜率可能不同,當(dāng)環(huán)路被鎖定時(shí),有必要確定使用哪個(gè)斜率.不同的正負(fù)斜率可能表示SPXO晶體振蕩器隔離不足導(dǎo)致的"注入鎖定".緩沖放大器甚至倍頻器通常會(huì)減少或消除注入鎖定.僅在一個(gè)頻率上檢查相位斜率,并且可能存在非平坦的頻率響應(yīng),特別是如果使用異常混頻器電路來增強(qiáng)相位斜率.當(dāng)僅測(cè)量近場(chǎng)噪聲或噪聲基底沒有超出測(cè)量極限時(shí),最好以50歐姆終止混頻器輸出.

另一種確定斜率的技術(shù)是仔細(xì)確定其中一個(gè)普通有源晶振的電調(diào)諧靈敏度,并施加音頻信號(hào)以產(chǎn)生精確的頻率調(diào)制.振蕩器的電調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)必須具有足夠的帶寬,以避免調(diào)制信號(hào)衰減,如果移動(dòng)DC點(diǎn),則必須考慮調(diào)諧非線性.將PLL調(diào)諧電壓連接到輸出端可能是有利的,這樣調(diào)制可以應(yīng)用于具有固定DC偏置的參考振蕩器電調(diào)諧.要測(cè)量斜率,請(qǐng)鎖定PLL,并在低頻(完全在振蕩器的調(diào)諧帶寬內(nèi))應(yīng)用一個(gè)小的音頻音調(diào),該音調(diào)足夠小,不會(huì)過驅(qū)動(dòng)低噪聲放大器.得到的弧度調(diào)制水平是從Xrad=Vmod(伏特)x調(diào)諧靈敏度(赫茲/伏特)/音調(diào)頻率(赫茲)計(jì)算出來的.測(cè)量分析儀上的信號(hào)高度,該測(cè)量值與計(jì)算出的弧度值之比即為相位斜率.一些分析儀使用可變測(cè)量帶寬,然后對(duì)1Hz的噪聲測(cè)量進(jìn)行歸一化.在測(cè)量相位斜率或其他非隨機(jī)信號(hào)時(shí),請(qǐng)記住關(guān)閉帶寬歸一化(每根赫茲伏特).您也可以使用連接到低噪聲放大器輸出端的示波器測(cè)量校準(zhǔn)調(diào)制.

•PLL產(chǎn)生的噪聲可以覆蓋石英晶體振蕩器的噪聲.使用低值電阻和低噪聲運(yùn)算放大器

•PLL中的低阻尼因子可能會(huì)產(chǎn)生噪聲“沖擊”,這將放大環(huán)路帶寬頻率附近的噪聲.

•大信號(hào),線路相關(guān)頻率和大幅度低頻噪聲會(huì)導(dǎo)致放大器過載,從而導(dǎo)致錯(cuò)誤讀數(shù).

•地面上的音頻噪聲會(huì)進(jìn)入低噪聲音頻放大器,并導(dǎo)致錯(cuò)誤的高讀數(shù).盡可能將烤箱電流和其他電源電流分流回電源,而不是通過信號(hào)同軸電纜.

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