相位噪声

最大限度的降低振荡器的相位噪声，是振荡器的设计同生产商致力解决的关键问题之一。石英谐振器的固有噪声是振荡器的相位噪声来源之一，特别是对其低端相噪有着非常重要的影响。固有噪声产生自晶体的不同的Q值，晶片表面的光洁度及镀膜质量，晶体的装配中涉及的有关工序等综合因素。这些都是谐振器的生产商在致力优化的内容。

相对而言，石英晶体振荡器的最重要特征之一是它們可以表現出非常低的相位噪声。在其他类型的振盪器中，谐振器會放大谐振频率处的任何频谱能量，從而产生不同相位的杂乱信号。而在晶体振荡器中，晶体主要在一个轴上振动，因此只有一個相位占主导。这种低相位噪声的特性使它們特別适用於需要穩定信号的电信以及需要非常精确的时间基准的高端应用。

为了配合低噪声晶体振荡器的研制，选用的石英谐振器需具有高Q值、低噪声的设计特点。石英谐振器噪声引起的频率相对起伏一般与其Q值有关，Q值越高，噪声频率相对起伏越小,噪声就越低。Q值则取决于石英材料的内摩擦损耗、表面摩擦引起的表面损耗、装架损耗及环境阻尼等。除了精选水晶材料，封装材料以及相应的辅料外，石英晶体谐振器生产工艺的特别设计，对晶片加工品质的保证，电极镀膜的质量控制，都会最终在相噪上得到反映。试验证明，同样的SC切10MHz谐振器，晶片表面经抛光处理同由1um精研磨处理后的测试数据显示，在1Hz时，会有接近15dBc的差异，10Hz时则大约为10dBc。

 

CROVEN 一款石英谐振器的Q值分布比例图

 

此外，石英谐振器的加速度灵敏度，也是影振荡器响相位噪声的一个重要因素

随时间变化的如振动等的加速度，会使振荡器的噪声水平大幅增加。实际上，在运行于移动平台上的频率源中，振动引起的相位噪声在相位噪声响应中占了主导地位。为了提高质量和抗冲击、抗振动能力，谐振器同振荡器的制造商采用了被动和主动的加速度补偿方案。

高次泛音的晶体较低次泛音或基频晶体有较好的相噪指标，以SC切10MHz晶体为例，在其他工艺条件相同的情况下，5次泛音的晶体可以达到1Hz时111dBc，10Hz时140dBc,较3次泛音的晶体有6dBc的提升。 而两点支撑的同四点支撑的同样5MHz TO-8,AT 切，分别的Q值为150K同120K。试验也证明，谐振器电极镀膜的厚度越薄，石英晶片直径和电极直径之比大于2.5甚至更大，晶体的相位噪声指标会越好，在工艺同电阻及Q值等指标允许的前提下，有关设计会尽力优化。所有这些石英谐振器对振荡器相噪的影响因素，都给振荡器的设计者提供了一些方向。