晶振噪声来源及有效降低其影响的方法

低噪声晶振主要减少振荡器内部噪声对输出信号的影响，以获得短期频率稳定性的晶体振荡器。噪声会引起输出信号频率的随机起伏：起伏小，稳定度越高。

晶振噪声的由来

晶振的短期频率稳定度由噪声引起导致的频率不稳定。其中，电噪声是根本原因，包括热噪声，散弹噪声，以及闪变噪声。导体的不规律热运动带来热噪声。改善毫秒级稳定度可以降低闪相噪声，白相噪声。

改善噪声的方法

1. 晶振IC

晶振内部IC包含晶体管，二极管，电阻，电感，电容。这些元件都存在噪声。

• 电容和电感：有功电阻小，可视为无噪声元件。

• 晶体管：作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流。振荡器的噪声主要来自晶体管的内部。应减少晶体管的数量或者采用噪声低的晶体管。

2. 晶片Q值

除IC以外，石英晶体需要有尽量高的在线Q值，这是保证高频率稳定性，低噪声，低老化的重要条件。

3. 激励电平

振荡输出信号中的噪声和晶体的激励电平有关。激励电平是晶体在工作时消耗的电量，通常以毫瓦和微瓦来表示。提高激励电平可以改善KOAN晶振的短期频率稳定性。

Drive Level = (Irms2 x R)

Irms =测得的流经石英晶体的均方根电流；

R = 石英晶体的最大电阻

频域和时域的关系

从频域来看，对应的参数是相位噪声Phase Noise;从时域来看，对应的参数是抖动Jitter。时间和频域之间的关系互为倒数Time=1/Frequency。

1. 抖动: 总抖动=随机抖动+确定性抖动：

随机抖动是无界的，不可预测，通常由热噪声引起。如果幅度足够大，会导致随机时序误差或者抖动。

确定性抖动在幅度上是有界的，可预测，信号上升和下降时会导致数据幅度不规则，逻辑电平可能会不规则。

2. 相位噪声的形成因素主要三方面：

• A区主要是晶体Q值来决定。高频晶体有很高的近载波相位噪声, 因为他们有低的Q值和更宽的边带。

• B区主要是晶体外围电路(包括IC)来决定。

• C区主要是信号输出(白噪声)来决定。

  
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