相位噪声是衡量晶振频率短期稳定性的指标描述载波附近的随机相位波动。相噪优化不能只靠增大电流、减小负载电容、提高负阻。需要在频率稳定性、起振裕量、驱动电平、功耗、相位噪声之间进行系统权衡。相位噪声通常以dBc/Hz表示。如图1kHz偏移处相位噪声为 -127.5221dBc / Hz。E5052B相噪分析仪实拍测试数据什么是近端相噪和远端相噪近端与远端是相对于载波频率的偏移距离。实际评估时需要根据系统标准关注1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz或更远的偏移频点。近端相噪是靠近载波的低偏移频率噪声例如1Hz、10Hz、100Hz或1kHz偏移处的噪声。与以下因素有关石英晶体的Q值和谐振特性晶体谐振电阻ESR振荡IC的闪烁噪声晶片、封装及PCB机械应力温度波动、振动和电源低频噪声振荡电路的负阻裕量和工作点远端相噪是远离载波的较高偏移频率噪声例如10kHz、100kHz、1MHz或更远偏移处的噪声。与以下因素有关振荡IC的宽带噪声输出缓冲器和时钟分配电路噪声电源纹波、DC-DC开关噪声及地噪声输出负载、端接和PCB串扰测试带宽、测量环境及外部射频干扰起振时间与相位噪声的关系起振时间是指晶振从上电到进入稳定振荡所需的时间。它主要与晶体谐振电阻、振荡器负阻、环路增益、负载电容、供电电压和温度有关。高Q晶体通常具有较低的损耗和较好的频率选择性。Q值越高起振速度不一定越快。实际起振速度取决于晶体损耗与振荡器提供的环路增益是否匹配。当晶体谐振电阻较低、振荡器负阻裕量充足时电路通常更容易可靠起振。若驱动能力不足或负载电容过大可能出现启动变慢、低温不起振或振荡不稳定。负性阻抗如何影响晶振性能负性阻抗是振荡器维持振荡所提供的等效负阻能力。它用于抵消晶体谐振器的损耗使振荡能够建立并持续。负阻应明显大于晶体谐振电阻才能在温度变化、供电波动、器件批次差异和老化条件下可靠起振。提高跨导gm通常可提高振荡器驱动能力和负阻裕量。负阻或驱动能力过高可能使晶体驱动电平超标造成频率变化、老化加速或长期可靠性下降。负载电容CL如何影响相噪和起振负载电容由外围匹配电容、芯片管脚、PCB走线及焊盘寄生电容共同决定。会影响实际工作频率、牵引量、负阻裕量和起振时间。较小的负载电容可减小振荡回路的电容负担可能提高负阻裕量使晶振更容易起振。但CL过小可能带来以下风险实际频率偏离标称值、对寄生电容和元件容差更敏感、频率牵引量增大、输出稳定性、系统一致性下降。较大的负载电容可降低频率对少量寄生电容变化的敏感性但也可能降低负阻裕量、延长启动时间增加不起振的风险。驱动电平和电流应如何优化晶体驱动电平需要在晶振规格书允许范围内。适当的驱动有助于可靠起振和稳定振荡。驱动电平变化可能同时影响振幅、非线性、器件噪声、晶体自热和电源噪声耦合。优化步骤如下满足晶体的最大允许驱动电平保证全温、全压条件下具有足够负阻裕量在实际工作点测试相位噪声比较不同驱动档位下的相噪、启动时间和功耗选择满足系统要求的最低风险工作点。常见问题近端相噪只由晶体Q值决定吗不是。Q值和ESR非常重要但振荡IC闪烁噪声、供电低频噪声、温度、机械应力和电路工作点也会影响近端相噪。增大负阻一定能改善相噪吗不一定。适当的负阻裕量有助于可靠起振但过高的驱动能力可能增加晶体驱动电平、非线性或电源噪声耦合。应通过实际测试确定合适工作点。减小负载电容一定能降低相噪吗不一定。较小CL可能改善起振裕量但也会增加频率对寄生电容的敏感性。CL应首先满足晶振标称负载电容要求再考虑相噪和起振的参数。