NEL CRYSTAL公司是位于美國的一家頻率元件設(shè)計，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)，而且還實現(xiàn)了同步晶體振蕩器（SXO）設(shè)計方案，在很多年前，NEL晶振公司就已獲得ISO 9001-2008認證，一直以來都在鉆研晶體振蕩器，在這個領(lǐng)域里有話語權(quán)，并且擅長解決各種關(guān)于振蕩器的“疑難雜癥”，是一家比較具有競爭力的石英水晶組件生產(chǎn)廠家。

現(xiàn)代儀器設(shè)備，商業(yè)和國防通信系統(tǒng)以及雷達設(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的測試設(shè)備是一項挑戰(zhàn)。它尤其適用于生產(chǎn)環(huán)境，每個測量的測量時間和精度變得至關(guān)重要。這項工作的目的是研究不同的測試方法，評估不同的相位噪聲測量設(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。研究了幾種測試方法和測試儀器。沒有“一刀切”的解決方案，但是對于每個頻率范圍，提出了最佳解決方案。

介紹與挑戰(zhàn)：

有幾個標(biāo)準(zhǔn)定義了超低噪聲（ULPN）OCXO振蕩器相位噪聲測量中使用的測試方法和設(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

每種特性的價值還取決于測試是用于生產(chǎn)環(huán)境還是用于實驗室。排除了“兩個振蕩器方法”[1]，因為它不能很好地滿足前四個標(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處在合理的時間內(nèi)實現(xiàn)測量精度

•使噪聲基底遠離載體。

對于更高頻率的ULPN OCXO，特別是在100.000MHz載波頻率下，環(huán)境中的RF污染和EMI增加了進一步的挑戰(zhàn)。

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

I.低頻ULPN OCXO

用于測試低頻OCXO的設(shè)備的明顯選擇是Symmetricomm的5120A相位噪聲測試裝置，帶有選項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被測設(shè)備（DUT）進行校準(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偏移和超出時的dBc/Hz。我們決定驗證我們對NoiseXT雙核噪聲測試儀的期望（DCNTS）[2]，[4]。這是一個相當(dāng)困難的類型測試。它需要兩個具有相似性能的引用DUT（參考的表現(xiàn)越好-越快測試），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。同一裝置的測試結(jié)果如圖2所示。

圖2。DCNTS上的10.000MHz ULPN OCXO

正如所料，測得的有源晶振相位噪聲遠離載波提高了3-5dB，而結(jié)果出現(xiàn)差異幾KHz的偏移量并不是很明顯。意識到這一點噪聲基底上的相位噪聲由電路決定，對于給定的設(shè)計單位，單位變化可以忽略不計選擇的儀器仍然是5120A-01，但是，在設(shè)計資格階段，驗證了需要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)。我們開始時可能是最準(zhǔn)確，最快的儀器-來自NoiseXT的DCNTS。第一個結(jié)果令人驚訝，情節(jié)如圖3所示。經(jīng)過漫長而徹底的調(diào)查后，結(jié)果證明了這一點在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)頻廣播電臺的廣播信號（100.1具有100MHz OCXO晶振信號的MHz，100.7MHz，99.1MHz）。雖然測試良好，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電臺的功率非常高。

圖3.由RF引起的“凸起”的100MHzULPNOCXO污染。

這個頻率遠離廣播調(diào)頻頻段現(xiàn)象不會發(fā)生。為了改善這一點條件我們采取了幾項措施：

•所有電源線均已屏蔽并已連接通過SMA連接器到測試夾具。

•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行了全部測試設(shè)備，包括電源和測試裝置在籠子里面，如圖4所示。

圖4.射頻屏蔽測試站。

我們測試了恒溫晶振相位噪聲曲線如圖2所示的單元。

3.改進的設(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石英晶體振蕩器測試

良好的環(huán)境。使用平滑功能。從易用性的角度來看，一個非常有吸引力的選擇是安捷倫的E5052B信號源分析儀[5]。還測試在設(shè)備上進行，性能類似于使用E5052B，如圖5所示。這個儀器利用內(nèi)置合成器和互相關(guān)方法。具有不同數(shù)量的交叉的實驗圖相關(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，這需要花費大量的時間。一個人必須運行測試幾個小時才能得到儀器的噪聲基底在所有偏移點都足夠低實現(xiàn)準(zhǔn)確的測量。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，因為它不需要額外的參考，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離載波頻率的設(shè)備是唯一的參數(shù)需要時，測量時間可以大大減少。

圖7.在AgilentE5052B上測試的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)一樣多的選項和功能，并且仍在改進GUI和固件，但是它測試速度相當(dāng)快，可以成功使用生產(chǎn)。測試結(jié)果與其他測試結(jié)果不同樂器，但可以接受。例子如圖8所示。

圖8.在Anapico上測試的100MHzULPNOCXOAPPH6000

III。帶有乘法的ULPNOCXO

A.模擬諧波乘法

我們測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

我們還測試了其中一個單元（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)測試沒有的ULPN設(shè)備時乘法，盡管易于使用，但測試速度快要求達到有意義的解決方案是不可接受的一個生產(chǎn)環(huán)境。它有1000個交叉關(guān)聯(lián)第一次追蹤（平均1次）需要2.5小時才會出現(xiàn)。

圖13.100MHzULPNOCXO乘以10MHz，在AgilentE5052B上測試，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實現(xiàn)“兩全其美”即結(jié)合最接近載波相位噪聲，短期，長期和低頻（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，因為它是在NEL的雙通道中完成的頻率參考模塊（DFRM）。測試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輸出時實現(xiàn)真實的測試結(jié)果用另外兩個DFRM作為參考進行測試。

互動

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行測試運行不同的偏移范圍，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行儀器的PLL。對于較低頻率的偏移，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，特別是在測試100時在強調(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的類型和不同的測試目的。我們的評級評估工具列于表I.我們希望如此強調(diào)這僅適用于ULPN設(shè)備。我們對Rohde＆Schwartz信號的經(jīng)驗很少分析器，但期望它的速率與E5052類似。評分是1到5，五顆星是最好的，一顆是最差的。

表I.

筆記：

1.對于E5052B，經(jīng)過長時間的測試后，準(zhǔn)確度很高時間。

2.對于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模塊里，有自己獨到的見解和科研成果，貼片石英晶振生產(chǎn)和測試技術(shù)在行業(yè)里屬于非常不錯的，每一項標(biāo)準(zhǔn)都達到國際先進水平。并且遵守行業(yè)的環(huán)保規(guī)定，大量減少污染的產(chǎn)生，堅決不使用有害物質(zhì)或生產(chǎn)有害物質(zhì)，并定期回報社會，積極從事慈善事業(yè)。