低相位噪聲石英晶體振蕩器設(shè)計_圖文

1、電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文低相位噪聲石英晶體振蕩器設(shè)計姓名:徐偉申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師:鮑景富20070501 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章石英晶體振蕩器原理正確把握各種切型的石英晶體諧振器性能是分析和設(shè)計晶體振蕩器的前提。本章主要介紹了AT切和SC切兩種諧振器的性能及電抗特性,并簡要敘述了常見LC振蕩電路。3.1石英晶體諧振器的物理特性石英是礦物質(zhì)硅石的一種(現(xiàn)已能人工合成制造【89】,它的化學(xué)成分是Si02,其形狀為結(jié)晶的六角錐體。為了便于研究,人們根據(jù)石英晶體的物理特性,在石英晶體內(nèi)畫出三種幾何對稱軸,連接兩個角錐頂點(diǎn)的一根軸ZZ,稱為光軸;在圖中沿對角線的三條XX軸

2、,稱為電軸,與電軸相垂直的三條YY軸,稱為機(jī)械軸,如圖(3.1所示。壓電石英是一種各向異性的結(jié)晶體。振蕩器(或?yàn)V波器中的所用的石英晶片或石英棒都是按一定的方位從石英晶體中切割出來的。垂直于x 軸而沿Y軸切割的,稱為x切型,垂直于Y軸,而沿x軸切割的,稱為Y切型。有AT、BT、CT、SC、DT、ET、GT、FT、NT和ST等切型。目前用得較多的是AT切型和SC切型的石英晶體諧振器。用石英晶體穩(wěn)頻已經(jīng)有60多年歷史,這期間雖然出現(xiàn)了各種機(jī)械諧振器,LC 圖3-1幾種切型的石英片的方位圖12 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3-2AT型諧振器頻率溫度特性與切角的關(guān)系首先會產(chǎn)生一個10t.10"

3、7的過沖,然后才緩慢的趨向于另一個頻率。當(dāng)環(huán)境溫度突然降低時,相反的過沖也會出現(xiàn)。熱過沖是由于溫度梯度在石英片內(nèi)產(chǎn)生的熱效應(yīng)而引起的。石英的導(dǎo)熱率較低,當(dāng)溫度變化時,石英片中的溫度要經(jīng)過一段較長的時間才能均勻。在達(dá)到溫度均勻狀態(tài)之前,石英片中各處溫度不同,因而引起很大的熱應(yīng)力。Bottom.V E 計算出受剛性模具約束的石英片,每升高1在石英片中引起的熱應(yīng)力可達(dá)12個p苗j l時聞/,L”JI.f。t激勵功率圖3-3AT型諧振器的過熱沖圖3-4AT型諧振器的幅頻響應(yīng)14口鈾q 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文心。參(5.4取C8/C13=C9/C12=1/3,那么P2=1/16,這樣極大的減小了負(fù)載對

4、諧振回路的影響,使回路有較高Q值。在放大器輸出端接了個并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò),使它調(diào)諧到100MHz,讓100MHz信號能夠順利通過,除此之外的信號盡可能被抑制。不同Q值得選頻特性如圖5.4所示,Q值越高,選頻特性越好。唧甜O,四圖5-8并聯(lián)諧振回路歸一化特性在電源供電端都加了,r形RC濾波,用于濾除各種干擾信號,減小各級間耦合。這種濾波,特別是負(fù)電源接到三極管基極的那兩組,對電路的穩(wěn)定性和輸出信號的信噪比有很大關(guān)系,如果這兩個地方濾波不好,則噪聲信號就能直接進(jìn)入三極管基極放大,直接影響輸出的相位噪聲,嚴(yán)重的可能導(dǎo)致振蕩器不穩(wěn)定。第一版電路板如圖5-9所示。相位噪聲測試曲線如圖6-6所示。達(dá)

5、到指標(biāo):長寬:50×50(姍。輸出波形:正弦波輸出功率:>10dBm(50Q負(fù)載諧波抑制:<-25dBc雜散:<.75dBc相位噪聲:-120dBc/Hz100Hz,一130dBc/Hz1KHz,.132dBc/Hz10KHz, -150dBc/Hz1MHz。 圖5-9第一版電路板圖42第五章石英晶體振蕩電路分析將雙電源電路作簡單改動,變?yōu)?12V供電,電路如圖5一10所示。圖5一lO單電源供電電路 圖5-11電路板圖達(dá)到指標(biāo):輸出頻率:100MHz圖5.12外形如圖電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文相位噪聲:輸出功率:諧波抑制:輸出波形:雜散抑制:-130dBc/Hz100

6、Hz-156dBc/l-Iz11KHz-163dBedHz10KHz>9dBm(50f負(fù)載<-15dBc(如圖6-8所示正弦波<.75dBc體積:51x51×2(塒|m這個振蕩器的相位噪聲比起前一個有一些提高。由于供電電壓的變化,輸出波形比起用±12V供電時諧波抑制變差從一25dBc降為了一15dBc,這是因?yàn)橛酶唠妷汗╇?三極管的線性度比低電壓好,低壓時波形失真比高壓時嚴(yán)重,所以諧波比較大。可以再加一節(jié)上c濾波器,以提高諧波抑制。為了提高諧波抑制,并進(jìn)一步減小振蕩器體積,將上面電路作一些改動,在該電路的輸出端加了LC濾波器,省略了供電端的石形RC濾波器。新布電路板如圖5.14,外形如圖5.15。在電路的布局中,比上一版更加緊湊,減小了體積,為51x40x2(mm。相位噪聲