NEL CRYSTAL公司是位于美國(guó)的一家頻率元件設(shè)計(jì)，制造，銷售為一體的供應(yīng)商，是行業(yè)里少數(shù)可以提供低相位噪聲解決方案的企業(yè)，而且還實(shí)現(xiàn)了同步晶體振蕩器（SXO）設(shè)計(jì)方案，在很多年前，NEL晶振公司就已獲得ISO 9001-2008認(rèn)證，一直以來都在鉆研晶體振蕩器，在這個(gè)領(lǐng)域里有話語權(quán)，并且擅長(zhǎng)解決各種關(guān)于振蕩器的“疑難雜癥”，是一家比較具有競(jìng)爭(zhēng)力的石英水晶組件生產(chǎn)廠家。

現(xiàn)代儀器設(shè)備，商業(yè)和國(guó)防通信系統(tǒng)以及雷達(dá)設(shè)備需要出色的穩(wěn)定性，極低的相位噪聲頻率源。使用現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備和方法，在噪聲基底上偏離載波1Hz并且噪聲層優(yōu)于-180dBc/Hz的相位噪聲為-120dBc/Hz的測(cè)試設(shè)備是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。它尤其適用于生產(chǎn)環(huán)境，每個(gè)測(cè)量的測(cè)量時(shí)間和精度變得至關(guān)重要。這項(xiàng)工作的目的是研究不同的測(cè)試方法，評(píng)估不同的相位噪聲測(cè)量設(shè)備，并找到低頻（約10MHz）超低相位噪聲（ULPN）參考和HF/UHFULPNOCXO的可接受解決方案。研究了幾種測(cè)試方法和測(cè)試儀器。沒有“一刀切”的解決方案，但是對(duì)于每個(gè)頻率范圍，提出了最佳解決方案。

介紹與挑戰(zhàn)：

有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了超低噪聲（ULPN）OCXO振蕩器相位噪聲測(cè)量中使用的測(cè)試方法和設(shè)備的可接受性。這些是：

1.精確度

2.重復(fù)性

3.測(cè)試速度

4.易于使用

5.范圍

6.成本

7.易于數(shù)據(jù)檢索

每種特性的價(jià)值還取決于測(cè)試是用于生產(chǎn)環(huán)境還是用于實(shí)驗(yàn)室。排除了“兩個(gè)振蕩器方法”[1]，因?yàn)樗荒芎芎玫貪M足前四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因此只考慮采用互相關(guān)技術(shù)的方法和設(shè)備。[1]，[4]。低頻設(shè)備（約10.000MHz）面臨的挑戰(zhàn)是：

•在靠近載體的偏移點(diǎn)處在合理的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度

•使噪聲基底遠(yuǎn)離載體。

對(duì)于更高頻率的ULPN OCXO，特別是在100.000MHz載波頻率下，環(huán)境中的RF污染和EMI增加了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。

對(duì)于采用鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)獲得更高頻率的石英晶振，器件PLL和測(cè)試儀器PLL的相互作用使得實(shí)現(xiàn)精確結(jié)果變得更加困難。

I.低頻ULPN OCXO

用于測(cè)試低頻OCXO的設(shè)備的明顯選擇是Symmetricomm的5120A相位噪聲測(cè)試裝置，帶有選項(xiàng)01（內(nèi)部參考）[3]，它使用互相關(guān)技術(shù)。它滿足大多數(shù)既定標(biāo)準(zhǔn)，不需要額外的參考，也不需要在精確頻率下對(duì)被測(cè)設(shè)備（DUT）進(jìn)行校準(zhǔn)。10.000MHzULPNOCXO的相位噪聲曲線如圖1所示。

唯一的問題是該決議（噪底）在載波的大偏移處測(cè)量（本底噪聲）的設(shè)備）。儀器的規(guī)格要求（保守地）在偏移大于的情況下為-168dBc/Hz樓層10KHz。理論預(yù)期接近-175在100KHz偏移和超出時(shí)的dBc/Hz。我們決定驗(yàn)證我們對(duì)NoiseXT雙核噪聲測(cè)試儀的期望（DCNTS）[2]，[4]。這是一個(gè)相當(dāng)困難的類型測(cè)試。它需要兩個(gè)具有相似性能的引用DUT（參考的表現(xiàn)越好-越快測(cè)試），參考必須有電壓控制（能力改變頻率隨著電壓的變化而變化控制端子），并在頻率上精確校準(zhǔn)DUT。同一裝置的測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2。DCNTS上的10.000MHz ULPN OCXO

正如所料，測(cè)得的有源晶振相位噪聲遠(yuǎn)離載波提高了3-5dB，而結(jié)果出現(xiàn)差異幾KHz的偏移量并不是很明顯。意識(shí)到這一點(diǎn)噪聲基底上的相位噪聲由電路決定，對(duì)于給定的設(shè)計(jì)單位，單位變化可以忽略不計(jì)選擇的儀器仍然是5120A-01，但是，在設(shè)計(jì)資格階段，驗(yàn)證了需要DCNTS上的噪聲基底值。

II。100.000MHZULPN OCXO

沒有理想的選擇來滿足所有既定標(biāo)準(zhǔn)。我們開始時(shí)可能是最準(zhǔn)確，最快的儀器-來自NoiseXT的DCNTS。第一個(gè)結(jié)果令人驚訝，情節(jié)如圖3所示。經(jīng)過漫長(zhǎng)而徹底的調(diào)查后，結(jié)果證明了這一點(diǎn)在100KHz，700KHz和900的虛假“顛簸”載波的KHz偏移是由混合引起的來自本地調(diào)頻廣播電臺(tái)的廣播信號(hào)（100.1具有100MHz OCXO晶振信號(hào)的MHz，100.7MHz，99.1MHz）。雖然測(cè)試良好，但不是ULPN100MHz設(shè)備，（其中這種現(xiàn)象的噪聲基底在-170dBc/Hz或更高）很難引起注意。因此，這一挑戰(zhàn)是特定的ULPNOCXO，相位噪聲基底約為-180dBc/Hz，特別是在城市地區(qū)，特別是在100MHz，FM電臺(tái)的功率非常高。

圖3.由RF引起的“凸起”的100MHzULPNOCXO污染。

這個(gè)頻率遠(yuǎn)離廣播調(diào)頻頻段現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。為了改善這一點(diǎn)條件我們采取了幾項(xiàng)措施：

•所有電源線均已屏蔽并已連接通過SMA連接器到測(cè)試夾具。

•放置大值電解電容器去耦電源線

•我們制造了射頻屏蔽籠并進(jìn)行了全部測(cè)試設(shè)備，包括電源和測(cè)試裝置在籠子里面，如圖4所示。

圖4.射頻屏蔽測(cè)試站。

我們測(cè)試了恒溫晶振相位噪聲曲線如圖2所示的單元。

3.改進(jìn)的設(shè)置。得到的圖如圖2所示我們還把情節(jié)包括在內(nèi)（作為GuillaumeDe。的禮貌Giovanni，NoiseXT）在一批ULPN上采集數(shù)據(jù)OCXO處于良性（RF污染）環(huán)境中?？荚噧x器是具有“平滑”功能的DCNTS用過的。如圖6所示。

圖5.測(cè)試的100.000MHzULPNOCXO相位噪聲采用射頻屏蔽設(shè)置。

圖6.一批100.000MHZULPN OCXO石英晶體振蕩器測(cè)試

良好的環(huán)境。使用平滑功能。從易用性的角度來看，一個(gè)非常有吸引力的選擇是安捷倫的E5052B信號(hào)源分析儀[5]。還測(cè)試在設(shè)備上進(jìn)行，性能類似于使用E5052B，如圖5所示。這個(gè)儀器利用內(nèi)置合成器和互相關(guān)方法。具有不同數(shù)量的交叉的實(shí)驗(yàn)圖相關(guān)性和平均值如圖7所示。如圖所示情節(jié)，儀器可以解決ULPN的性能具有足夠數(shù)量的互相關(guān)的設(shè)備，但是不幸的是，這需要花費(fèi)大量的時(shí)間。一個(gè)人必須運(yùn)行測(cè)試幾個(gè)小時(shí)才能得到儀器的噪聲基底在所有偏移點(diǎn)都足夠低實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。這將排除使用在生產(chǎn)環(huán)境中的儀器，但它仍然可能在研發(fā)中很有用，因?yàn)樗恍枰~外的參考，或校準(zhǔn)參考和設(shè)備（設(shè)置精確頻率）等。如果在噪聲層上的性能遠(yuǎn)離載波頻率的設(shè)備是唯一的參數(shù)需要時(shí)，測(cè)量時(shí)間可以大大減少。

圖7.在AgilentE5052B上測(cè)試的100MHzULPNOCXO

具有不同數(shù)量的互相關(guān)和平均值。從成本的角度來看，有一種新的小工具由瑞士公司AnapicoAPPH6000制造[6]。它沒有擁有與DCNTS系統(tǒng)一樣多的選項(xiàng)和功能，并且仍在改進(jìn)GUI和固件，但是它測(cè)試速度相當(dāng)快，可以成功使用生產(chǎn)。測(cè)試結(jié)果與其他測(cè)試結(jié)果不同樂器，但可以接受。例子如圖8所示。

圖8.在Anapico上測(cè)試的100MHzULPNOCXOAPPH6000

III。帶有乘法的ULPNOCXO

A.模擬諧波乘法

我們測(cè)試了幾種使用模擬的ULPNOCXO諧波乘法，參考范圍從10MHz到100MHz，乘法因子從2到15來自NoiseXT的DCNTS。儀器處理了測(cè)試沒有問題，一些例子如圖所示。

圖9到圖12。

圖9.80MHzULPNOCXO，乘以10MHz

圖10.750MHzULPNOCXO，乘以50MHz

圖11.1GHzULPNOCXO，乘以100MHz

圖12.40MHzOCXO，乘以10MHz

我們還測(cè)試了其中一個(gè)單元（100.000MHz，

在E5052B上用10.000MHz乘以不同的互相關(guān)數(shù)和平均數(shù)。該圖顯示在圖13中。當(dāng)測(cè)試沒有的ULPN設(shè)備時(shí)乘法，盡管易于使用，但測(cè)試速度快要求達(dá)到有意義的解決方案是不可接受的一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境。它有1000個(gè)交叉關(guān)聯(lián)第一次追蹤（平均1次）需要2.5小時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。

圖13.100MHzULPNOCXO乘以10MHz，在AgilentE5052B上測(cè)試，具有不同數(shù)量的交叉相關(guān)和平均值

B.具有PLL倍增的ULPNOCXO實(shí)現(xiàn)“兩全其美”即結(jié)合最接近載波相位噪聲，短期，長(zhǎng)期和低頻（10MHz）ULPN的環(huán)境穩(wěn)定性OCXO貼片晶振在噪聲基底上的相位噪聲最低頻率（100MHz）ULPNOCXO，后者被鎖定前者采用低噪聲PLL，因?yàn)樗窃?/span>NEL的雙通道中完成的頻率參考模塊（DFRM）。測(cè)試10MHz輸出可以按照第一章的描述完成，不需要提出任何其他挑戰(zhàn)。這要困難得多在100MHz輸出時(shí)實(shí)現(xiàn)真實(shí)的測(cè)試結(jié)果用另外兩個(gè)DFRM作為參考進(jìn)行測(cè)試。

互動(dòng)

具有儀器PLL的內(nèi)部PLL以及必要的在模塊的控制端口上過濾會(huì)在中創(chuàng)建工件相位噪聲圖，使數(shù)據(jù)大部分無法使用。該到目前為止我們發(fā)現(xiàn)的唯一解決方案是進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行不同的偏移范圍，不同的參考，和之后將它們連接起來。顯示了這種努力的結(jié)果在圖14上。對(duì)于更高頻率的偏移，我們使用100MHz的非乘法ULPNOCXO作為參考。他們隨著電壓控制自由運(yùn)行儀器的PLL。對(duì)于較低頻率的偏移，我們使用了aULPNOCXO，頻率為100MHz，均為100MHz乘以10MHz作為參考。拼接點(diǎn)是在100Hz，低于內(nèi)部PLL環(huán)路帶寬。

圖14.DFRM相位噪聲。輸出為10MHz和100兆赫

測(cè)試ULPNOCXO的相位噪聲需要使用互相關(guān)技術(shù)。必須特別小心減少射頻干擾，特別是在測(cè)試100時(shí)在強(qiáng)調(diào)頻廣播附近的MHzULPNOCXO貼片振蕩器站?，F(xiàn)成設(shè)備的選擇是有限的，儀器適用于不同的DUT的類型和不同的測(cè)試目的。我們的評(píng)級(jí)評(píng)估工具列于表I.我們希望如此強(qiáng)調(diào)這僅適用于ULPN設(shè)備。我們對(duì)Rohde＆Schwartz信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)很少分析器，但期望它的速率與E5052類似。評(píng)分是1到5，五顆星是最好的，一顆是最差的。

表I.

筆記：

1.對(duì)于E5052B，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試后，準(zhǔn)確度很高時(shí)間。

2.對(duì)于5120A-01，地板上的分辨率為不足。

3.獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4.限制在30MHz

幾十年來，NEL集團(tuán)從來不懼怕任何挑戰(zhàn)，每一次都能近乎完美的解決和處理，尤其在低相位噪聲和低相位抖動(dòng)模塊里，有自己獨(dú)到的見解和科研成果，貼片石英晶振生產(chǎn)和測(cè)試技術(shù)在行業(yè)里屬于非常不錯(cuò)的，每一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。并且遵守行業(yè)的環(huán)保規(guī)定，大量減少污染的產(chǎn)生，堅(jiān)決不使用有害物質(zhì)或生產(chǎn)有害物質(zhì)，并定期回報(bào)社會(huì)，積極從事慈善事業(yè)。