電源與被測件之間的連接容易受到不同類型噪聲的影響和干擾, 包括電感耦合,電容耦合和射頻干擾.有很多降低噪聲的方法,石英晶振在測量過程中,有些被測件對直流電源輸入中的噪聲非常敏感,直接關乎到測試數據的準確性甚至測試是否能進行.下面介紹關于低成本相位噪聲測量
低成本相位噪聲測量
低噪聲石英晶體振蕩器可以表現出非常低的接近相位噪聲,這不能用頻譜分析儀或鑒頻器直接測量.最常見的測量技術是將被測振蕩器的相位與具有相似或優越噪聲性能的參考振蕩器相比較.普通PLL可以通過將兩個振蕩器的相對相位保持在正交來使測量更容易,正交通常是將小相位變化轉換成電壓變化的最佳點.盡管PLL一直在努力消除這些相位變化,但是時間常數可以設置得足夠長,以保持感興趣的最慢相位變化.下面顯示了一個典型的框圖,其中被測有源晶振和參考振蕩器直接連接到雙平衡二極管混頻器.混頻器輸出通過低通濾波器連接到鎖相放大器,以阻斷RF頻率.電阻器和電容器被選擇為給出遠低于待測最低頻率的環路帶寬.相位斜率為每弧度伏特,調諧靈敏度為每秒弧度–伏特為每伏特2piHz.
低通濾波器應該去除射頻,但是它不應該有接近環路帶寬的衰減頻率,否則環路可能會變得不穩定,它應該足夠寬,以讓噪聲以感興趣的最高頻率通過.噪聲輸出通常被發送到低噪聲放大器,然后是音頻頻譜分析儀,波分析儀或濾波器.如果分析儀噪聲基底足夠低,則可能不需要低噪聲放大器.
并發癥
上述方案外觀簡單,但有許多選擇,復雜之處和陷阱.
首先,混頻器將相位變化轉換成電壓變化,轉換靈敏度必須確定.
確定轉換系數的一種方法是斷開電調諧并調整晶振頻率,直到使用示波器在混頻器的輸出端可以觀察到拍音.零交叉的斜率可以用每弧度的伏特數來確定,記住一個完整的節拍對應于2π弧度.陷阱:連接到PLL的放大器可能被拍音過驅動,并導致測量誤差.如果它們被斷開,那么混頻器的負載會改變,這可能會改變相位斜率,尤其是如果混頻器輸出端沒有使用低阻抗負載(為了更好的相位斜率).可以切換到較低增益而不改變其輸入特性的放大器是有用的.此外,正相位斜率和負相位斜率可能不同,當環路被鎖定時,有必要確定使用哪個斜率.不同的正負斜率可能表示SPXO晶體振蕩器隔離不足導致的"注入鎖定".緩沖放大器甚至倍頻器通常會減少或消除注入鎖定.僅在一個頻率上檢查相位斜率,并且可能存在非平坦的頻率響應,特別是如果使用異常混頻器電路來增強相位斜率.當僅測量近場噪聲或噪聲基底沒有超出測量極限時,最好以50歐姆終止混頻器輸出.
另一種確定斜率的技術是仔細確定其中一個普通有源晶振的電調諧靈敏度,并施加音頻信號以產生精確的頻率調制.振蕩器的電調諧網絡必須具有足夠的帶寬,以避免調制信號衰減,如果移動DC點,則必須考慮調諧非線性.將PLL調諧電壓連接到輸出端可能是有利的,這樣調制可以應用于具有固定DC偏置的參考振蕩器電調諧.要測量斜率,請鎖定PLL,并在低頻(完全在振蕩器的調諧帶寬內)應用一個小的音頻音調,該音調足夠小,不會過驅動低噪聲放大器.得到的弧度調制水平是從Xrad=Vmod(伏特)x調諧靈敏度(赫茲/伏特)/音調頻率(赫茲)計算出來的.測量分析儀上的信號高度,該測量值與計算出的弧度值之比即為相位斜率.一些分析儀使用可變測量帶寬,然后對1Hz的噪聲測量進行歸一化.在測量相位斜率或其他非隨機信號時,請記住關閉帶寬歸一化(每根赫茲伏特).您也可以使用連接到低噪聲放大器輸出端的示波器測量校準調制.
•PLL產生的噪聲可以覆蓋石英晶體振蕩器的噪聲.使用低值電阻和低噪聲運算放大器
•PLL中的低阻尼因子可能會產生噪聲“沖擊”,這將放大環路帶寬頻率附近的噪聲.
•大信號,線路相關頻率和大幅度低頻噪聲會導致放大器過載,從而導致錯誤讀數.
•地面上的音頻噪聲會進入低噪聲音頻放大器,并導致錯誤的高讀數.盡可能將烤箱電流和其他電源電流分流回電源,而不是通過信號同軸電纜.
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