電源與被測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,石英晶振在測量過程中,有些被測件對直流電源輸入中的噪聲非常敏感,直接關(guān)乎到測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性甚至測試是否能進(jìn)行.下面介紹關(guān)于低成本相位噪聲測量
低成本相位噪聲測量
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量.最常見的測量技術(shù)是將被測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可以通過將兩個振蕩器的相對相位保持在正交來使測量更容易,正交通常是將小相位變化轉(zhuǎn)換成電壓變化的最佳點.盡管PLL一直在努力消除這些相位變化,但是時間常數(shù)可以設(shè)置得足夠長,以保持感興趣的最慢相位變化.下面顯示了一個典型的框圖,其中被測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,波分析儀或濾波器.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數(shù)來確定,記住一個完整的節(jié)拍對應(yīng)于2π弧度.陷阱:連接到PLL的放大器可能被拍音過驅(qū)動,并導(dǎo)致測量誤差.如果它們被斷開,那么混頻器的負(fù)載會改變,這可能會改變相位斜率,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,有必要確定使用哪個斜率.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減少或消除注入鎖定.僅在一個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)僅測量近場噪聲或噪聲基底沒有超出測量極限時,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)確定其中一個普通有源晶振的電調(diào)諧靈敏度,并施加音頻信號以產(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)制信號衰減,如果移動DC點,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.要測量斜率,請鎖定PLL,并在低頻(完全在振蕩器的調(diào)諧帶寬內(nèi))應(yīng)用一個小的音頻音調(diào),該音調(diào)足夠小,不會過驅(qū)動低噪聲放大器.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)計算出來的.測量分析儀上的信號高度,該測量值與計算出的弧度值之比即為相位斜率.一些分析儀使用可變測量帶寬,然后對1Hz的噪聲測量進(jìn)行歸一化.在測量相位斜率或其他非隨機(jī)信號時,請記住關(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,線路相關(guān)頻率和大幅度低頻噪聲會導(dǎo)致放大器過載,從而導(dǎo)致錯誤讀數(shù).
•地面上的音頻噪聲會進(jìn)入低噪聲音頻放大器,并導(dǎo)致錯誤的高讀數(shù).盡可能將烤箱電流和其他電源電流分流回電源,而不是通過信號同軸電纜.
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