Prueba de ruido de fase: Método y procedimiento para la medición precisa de osciladores de cristal

El ruido de fase es un parámetro crítico en la evaluación de rendimiento de los osciladores de cristal. Proporciona una medida de la precisión de sincronización y la fluctuación en la salida del oscilador, que son cruciales para aplicaciones como la síntesis de frecuencia, la generación de señales y la distribución de reloj en los sistemas de comunicación. En este artículo, discutiremos el método de prueba de ruido de fase y el procedimiento para medir con precisión los osciladores de cristal.

1. Introducción al ruido de fase

El ruido de fase es una medida de la inestabilidad en la frecuencia o fase de una señal periódica. Es causado por las fluctuaciones aleatorias en la frecuencia de salida del oscilador, lo que resulta en una degradación de la calidad de la señal. El ruido de fase se puede caracterizar en términos de su densidad de espectro de potencia (PSD), que representa la densidad de potencia del ruido frente al desplazamiento de frecuencia de la portadora.

Los osciladores de cristal son ampliamente utilizados en varios sistemas electrónicos debido a su estabilidad de alta frecuencia y bajo ruido de fase. El ruido de fase es una medida de las fluctuaciones de frecuencia aleatorias presentes en la salida del oscilador. Es causado por varias fuentes de ruido interno dentro del oscilador, como ruido térmico, ruido de disparo y ruido de parpadeo. El ruido de fase también puede verse afectado por factores externos, como el envejecimiento, los cambios de temperatura y los efectos ambientales.

2. Configuración de prueba para medición de ruido de fase

La Configuración de la prueba de ruido de fase consiste típicamente en una fuente de señal para generar una señal de excitación, un mezclador para convertir la señal a una frecuencia intermedia (IF), Y un analizador de ruido de fase para medir el espectro de potencia de ruido de fase. El activoOscilador de cristalQue se probará está conectado a la fuente de señal y su salida se alimenta al mezclador, que lo convierte en una frecuencia intermedia. La señal IF se alimenta a continuación al analizador de ruido de fase para la medición del ruido de fase.

Para medir con precisión el ruido de fase de los osciladores de cristal, se deben señalar los siguientes dos puntos:

2,1. Entorno de prueba

El entorno de prueba debe controlarse para minimizar las interferencias externas y las fuentes de ruido que podrían afectar la medición del ruido de fase. Esto incluye proteger la configuración de prueba de la interferencia electromagnética (EMI), controlar las fluctuaciones de temperatura y minimizar las vibraciones.

2,2. Equipo de prueba

El equipo de prueba de alta calidad es esencial para mediciones precisas de ruido de fase. Esto incluye un generador de señal de alta frecuencia, una fuente de alimentación, un contador de frecuencia y un analizador de ruido de fase. El generador de señal debe tener un ruido de fase bajo y poder generar una señal de referencia limpia para elOscilador de cristal... La fuente de alimentación debe proporcionar voltaje y corriente estables al oscilador, y el contador de frecuencia debe tener alta resolución y precisión. El Analizador de ruido de fase se utiliza para medir el espectro de potencia de ruido de fase de la salida del oscilador.

3. Procedimiento de prueba para el ruido de fase

Los siguientes pasos describen el procedimiento para la medición precisa del ruido de fase en osciladores de cristal:

Paso 1: Configure el equipo de prueba y garantice las conexiones adecuadas entre la fuente de señal, el mezclador, el analizador de ruido de fase y el oscilador de cristal activo.

Paso 2: Ajuste la frecuencia de la fuente de señal para que coincida con la frecuencia de funcionamiento deseada del oscilador de cristal activo.

Paso 3: Ajuste el mezclador para convertir la salida del oscilador a una frecuencia intermedia apropiada. Esta frecuencia debe estar dentro del rango del analizador de ruido de fase.

Paso 4: Conecte el analizador de ruido de fase a la salida del mezclador y configure para medir el ruido de fase.

Paso 5: Adquirir y registrar los datos del espectro de potencia de ruido de fase del analizador de ruido de fase. Los datos se pueden representar gráficamente como una función de desplazamiento de frecuencia de la portadora.

Paso 6: Analice los datos del espectro de potencia de ruido de fase para determinar los parámetros clave de ruido de fase, como la frecuencia de compensación, el nivel de potencia y la densidad espectral. Estos parámetros proporcionan una evaluación cuantitativa del rendimiento del ruido de fase del oscilador.

4. Ejemplo de resultados de la prueba de ruido de fase

En este ejemplo, nuestro miembro del equipo de I + D utilizará una pieza de TCXO producida por XtalTQ Technology Co., Ltd. para dar un resultado de prueba de ruido de fase con una frecuencia central de 10 MHz. El dispositivo de prueba se compone de fuente de señal, mezclador, Analizador de ruido de fase y una pieza de TCXO. ElEspectro de potencia de ruido de fase medido por un oscilador de 10MHz de frecuencia estándar se muestra a continuación:

La figura muestra la densidad de potencia de ruido en función de la desviación de frecuencia de la frecuencia portadora. La curva muestra que a la frecuencia de compensación de 10Hz, la densidad de potencia de ruido de fase máxima del oscilador es-96,79 dBc/Hz @ 10Hz, -132,41 dBc/Hz @ 100Hz, Y-150.13dBc/Hz @ 1kHz.

5. Conclusión

El método y el procedimiento de prueba de ruido de fase descritos en este artículo proporcionan un medio para medir con precisión el rendimiento del ruido de fase de los osciladores de cristal.

Siguiendo los pasos descritos en el procedimiento y analizando los datos del espectro de potencia de ruido de fase resultante, parámetros clave como frecuencia de compensación, nivel de potencia, Y la densidad espectral se puede extraer para evaluar el rendimiento del oscilador. Esta información es crucial para aplicaciones donde el control de frecuencia preciso y la fluctuación baja son fundamentales, como en sistemas de comunicación, sistemas de temporización y aplicaciones de síntesis de frecuencia. Siguiendo el método de prueba recomendado y el procedimiento descrito en este artículo, los ingenieros de prueba pueden medir con precisión el ruido de fase y garantizar un rendimiento óptimo de los osciladores de cristal en sus sistemas.

¡Gracias!