具有電壓控制性能的VCXO系列是少有的擁有低相噪，低相位抖動(dòng)的晶體振蕩器之一，壓控晶振的封裝主要有7050mm，5032mm，3225mm，2520mm等，焊腳有四腳和六腳兩種。Fortiming晶振公司研發(fā)生產(chǎn)的VCXO產(chǎn)品，是經(jīng)過工程和技術(shù)人員長(zhǎng)期鉆研的成果，頻率范圍寬，適用于通信，汽車，網(wǎng)絡(luò)，軍用，工業(yè)，商業(yè)等領(lǐng)域的產(chǎn)品身上。以下是Fortiming公司提供的高頻帶VCXO系列低相位抖動(dòng)的技術(shù)說(shuō)明資料，共有五大部分。

抽象

論文介紹了UHFVCXO的新架構(gòu)用于光學(xué)的小型SMD晶振封裝數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。低級(jí)輸出信號(hào)邊沿的波動(dòng)（低）相位抖動(dòng)）和小的物理尺寸滿足時(shí)鐘振蕩器的要求和那些數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。我們考慮了相位噪聲光譜密度，抑制次諧波及其倍數(shù)為兩個(gè)關(guān)鍵允許創(chuàng)建VCXO（或XO）的參數(shù)具有低相位抖動(dòng)。出于許多可能的方式實(shí)現(xiàn)基于體波晶體的VCXOUHF樂隊(duì)我們選擇了兩者的組合。一種是基于所需諧波的選擇來(lái)自在100中運(yùn)行的振蕩器的信號(hào)MHz至160MHz頻率范圍。第二一種是對(duì)所需信號(hào)的廣泛過濾頻率。這種方法可以實(shí)現(xiàn)出色的相位抖動(dòng)和相位噪聲表現(xiàn)，以及長(zhǎng)期和溫度穩(wěn)定。

1、引言

UHF頻段壓控晶振是必不可少的組成部分適用于多種應(yīng)用。低相位抖動(dòng)參考信號(hào)是提供高信號(hào)的關(guān)鍵因素寬帶信號(hào)的質(zhì)量處理通信系統(tǒng)。除了低相位抖動(dòng)低相位漂移是另一個(gè)水晶提供的實(shí)質(zhì)優(yōu)勢(shì)振蕩器。它給人以方便的應(yīng)用具有相位的電路中的晶體振蕩器對(duì)齊和有效的CDR單元。該對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)中VCXO的要求數(shù)據(jù)通信由波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。為了分開不同波長(zhǎng)信號(hào)每一個(gè)都經(jīng)過在自己的頻道中進(jìn)行CDR操作。因此每一個(gè)通道有其獨(dú)立的VCXO，其中與信號(hào)的時(shí)鐘頻率同步那個(gè)頻道。有限的頻道數(shù)量空間對(duì)VCXO尺寸提出了嚴(yán)格的要求。相位抖動(dòng)要求由通道數(shù)據(jù)中允許的誤碼率流。

2、目標(biāo)設(shè)定

VCXO的目標(biāo)規(guī)范在SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用很好已知[1]，這些要求允許同步CDR單元和輸入數(shù)據(jù)流。讓我們考慮一下這個(gè)振蕩器的要求（for一個(gè)頻率為622.08MHz的例子）

使用以下參數(shù)：

a）標(biāo)稱頻率622.08MHz;

b）供電電壓+3.3V±5％;

c）控制電壓+1.65±1.5V;

d）輸出水平PECL

e）運(yùn)行溫度。范圍-40至85°C;

f）尺寸14x9x6mm

g）整體頻率穩(wěn)定性。±30ppm;

h）拉伸能力（APR）±50ppm;

i）次諧波水平-30dBmin;

j）相位抖動(dòng)最大16ps

但是，確定什么是有用的集成相位抖動(dòng)的組件包括的。在我們的例子中，當(dāng)輸出信號(hào)時(shí)來(lái)自低頻VCXO振蕩器，不僅僅是相位噪聲頻譜密度有助于此，但分諧波的功率水平和他們的也是倍數(shù)。對(duì)于相移計(jì)算我們可以使用公式（1），它定義階段波動(dòng)色散s（t）DJ2在時(shí)間t內(nèi)通過相位噪聲頻譜密度S（f）j和噪聲帶寬（對(duì)于SONET/SDH整體抖動(dòng)帶寬從fmin=10Hz到fmax=20MHz）[2]。

對(duì)于平均相位波動(dòng)，我們獲得了價(jià)值.01部分信號(hào)期如果要替換值S（f）j=-115dBc/Hz，t=1/fmin=0,1s在等式（1）中。它滿足了SONET要求。斜率s（t）DJ2功能是正;因此，較小的t值下的抖動(dòng)會(huì)要小得多。這句話是但是，只有“好”的石英晶體振蕩器是正確的，哪個(gè)相位噪聲譜密度可能是由Lissons模型[3]描述，并且有不是頻譜中的單獨(dú)行或附加“技術(shù)”噪音。定義的限制振蕩器中單獨(dú)線的幅度信號(hào)頻譜，我們可以應(yīng)用方程描述正弦波信號(hào)u（t）的調(diào)制用諧波信號(hào)用頻率W0頻率a。如果調(diào)制指數(shù)是以字母h表示，我們獲得以下內(nèi)容信號(hào)方程：

其中Jn是一階貝塞爾函數(shù)。自J1（0,1）=0,0499，我們可以考慮存在頻譜調(diào)制分量的水平-26dB是相位調(diào)制的結(jié)果最大相位偏差為0.1弧度和反之亦然。第一順序貝塞爾函數(shù)，其中定義光譜分量的依賴性調(diào)制指數(shù)h的幅度是線性的后者的小價(jià)值。因此，按順序獲得0.01弧度的相位偏差（調(diào)制指數(shù)等于0.01），幅度為上面提到的光譜成分應(yīng)該不超過-46dBc。

3、振蕩器架構(gòu)

晶振頻率的選擇是一種權(quán)衡在可制造性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性之間要求，以及潛艇的可能性諧波抑制。考慮到現(xiàn)代高頻率基本晶體處理技術(shù)和SONET/SDH長(zhǎng)期我們選擇的頻率穩(wěn)定性要求晶體頻率范圍為100MHz至160MHz。有幾種方法從上面提到的頻率變換范圍為400MHz至1200MHz范圍：

a）模擬倍頻

b）PLL技術(shù)

c）選擇所需的諧波

現(xiàn)有的主振蕩頻率振蕩器級(jí)的諧波集。眾所周知，有明顯的約束振蕩器設(shè)備的物理體積非常大難以實(shí)現(xiàn)高光譜純度的輸出信號(hào)使用前兩種方法[4,5]。該使用第三種方法開發(fā)VCXO是在論文[6]中描述。該設(shè)備有噪音在200KHz偏移處，-150dBc/Hz的底限來(lái)自運(yùn)營(yíng)商，這是典型的價(jià)值100-360MHz頻段VCXO。這意味著該設(shè)備不會(huì)降低遠(yuǎn)離噪聲層的能力承運(yùn)人。但是，單側(cè)的斜率頻帶相位噪聲頻譜密度圖等于20從100KHz到300Hz和30的dB/decadedB/decade降低300Hz。這是一個(gè)結(jié)果由于的負(fù)載晶體質(zhì)量QL降級(jí)多諧波存在的影響石英振蕩器階段。這反過來(lái)導(dǎo)致時(shí)間相位抖動(dòng)的惡化間隔從2us到10ms。為了減少不需要的數(shù)量和幅度光譜成分我們選擇了組合方法a）和c）。這導(dǎo)致了減少所有不需要的光譜的幅度組件和基頻信號(hào)。

4.電路描述

壓控晶振原理圖為622.08MHz輸出頻率信號(hào)如圖1所示。

圖1振蕩器基本原理圖

振蕩器級(jí)是Colpitts電路，帶有103.68MHz基波晶體。它有一個(gè)諧波選擇電路，調(diào)諧在六次諧波。它可以降低水平不必要的諧波，從而改善了相位噪聲性能。第二階段是窄帶放大器，也在調(diào)整所需頻率為622.08MHz。

4、測(cè)量結(jié)果

單邊帶相位噪聲譜密度622.08MHz壓控晶振的圖如圖2所示。

圖2壓控晶振相位噪聲頻譜密度

可以看出10Hz時(shí)的相位噪聲水平載波偏移為-55dBc/Hz，-85噪聲時(shí)100Hz時(shí)的dBc/Hz和-140dBc/Hz地板，在約8KHz偏移處達(dá)到。相位噪聲基準(zhǔn)水平高出約10至比傳統(tǒng)基波電壓低15dB振蕩器水平。這意味著一種操作模式VCXO晶振階段更類似于倍頻模式（頻率乘以6會(huì)使噪音水平增加16dB）比諧波選擇模式。該計(jì)算出的相位抖動(dòng)值在100Hz到1MHz頻帶小于0.2psRMSVCXO輸出信號(hào)的頻譜是如圖3所示。

圖3壓控晶振信號(hào)的頻譜。

抑制次諧波及其倍數(shù)優(yōu)于-50dB載波信號(hào)為622.08MHz。頻率控制范圍大于±140ppm，并基于±的整體頻率穩(wěn)定性30至40ppm，絕對(duì)拉伸范圍大于±100PPM。調(diào)諧線性度優(yōu)于±10％高頻數(shù)字化示波器HP54120用于獲得周期間抖動(dòng)直方圖。儀器的規(guī)格要求2.5ps觸發(fā)抖動(dòng)RMS。測(cè)量值接近指定的測(cè)量誤差，這意味著對(duì)該價(jià)值的貢獻(xiàn)由DUT可以忽略不計(jì)。它證實(shí)了我們的預(yù)測(cè)基于MATLAB的周期相位抖動(dòng)次諧波的程度。

5、結(jié)論

擬議的VCXO架構(gòu)允許用小型SMD制造振蕩器包裝（14x9x6mm3）并提供抑制次諧波及其倍數(shù)超過-50dB。振蕩器舞臺(tái)設(shè)計(jì)有提供高品質(zhì)，低老化的使用晶體，并盡量減少插入“技術(shù)”噪聲，因此相位噪聲譜密度在1KHz偏移時(shí)不超過-115dBc/Hz來(lái)自載波，地板上的-140dBc/Hz。總相位抖動(dòng)值優(yōu)于1ps整個(gè)10Hz到20MHz的抖動(dòng)帶寬，如以及循環(huán)到循環(huán)。整體頻率穩(wěn)定性（包括老化）優(yōu)于±30PPM。

壓控晶體振蕩器對(duì)于目前的科技來(lái)說(shuō)是非常重要的，強(qiáng)大的性能帶給產(chǎn)品穩(wěn)定的發(fā)揮，在周圍電壓電源變化起伏大的時(shí)候，可以將電壓控制到正常的范圍內(nèi)，避免高要求的多功能產(chǎn)品，因?yàn)殡妷哼^大而引發(fā)故障。金洛鑫電子代理多家海外的壓控振蕩器型號(hào)，其中就有Fortiming晶振公司的，廣大新老用戶可聯(lián)系我司咨詢或訂購(gòu)！0755-27837162