导言
现在，超高频振荡器在通讯中获得了广泛的运用，如通讯中继线路、电视、通讯导航以及通讯遥控体系等。超高频振荡器不只被运用在各种通讯体系的发送设备中，还作为承受设备的本机振荡器并用于各种丈量设备中（规范信号发生器、频谱剖析仪等）。因此，对封装小、频率高、相噪好、压控宽、安稳性高的高频晶振规划现在提出了更高的要求，本文给出了规划的评论定见。
技能指标
晶振首要技能规范如下：
• 标称频率：622.08MHz；
• 输出信号类型：LVPECL；
• 占空比：45%/55%；
• 上升时刻/下降时刻：≤0.5nS；
• 输出低电平：≤1.65V MAX；
• 输出高电平：≥2.2V MIN；
• 输出负载：50Ω；
• 输入功率：3.3V±5%, ≤80mA；
• 相位颤动：1pS RMS MA （12KHz~20MHz）；
• 频率温度安稳度：≤±35PPM （-40℃ ~ +85℃）；
• 压控频率规模：±80~±170PPM（Vc = +1.65V ± 1.35V）；
• 封装：14mm×8.9mm×6.5mm（L×W×H）。
问题的剖析和研讨
晶振的输出频率为622.08MHz，要求频率高、压控规模宽、作业温区规模大、相位噪声低、相位颤动小、可靠性高、外形尺寸小。关于分米波段（特高频 UHF）的输出频率，假如选用低频基频晶体锁相高次倍频完成，则很难防止相噪中远端差。高基频晶体模仿电路低次倍频的办法在理论上可行，但目前国内基频晶体一般在70MHz以下。所以，为了完成高频率输出、宽压控规模，此次选用三次泛音155.520MHz晶体模仿电路4次倍频，然后完成高频率输出；选用特别规划的电抗网络电路外接晶体，改动晶体C0对牵引率的影响，完成宽压控规模。因为4倍频要添加12dBc相位噪声，晶体外加电抗网络添加了电路复杂化，这两者大大添加了完成低相位噪声、晶振小封装的难度。
低相位噪声和宽压控，温度要求的完成
晶体的压控灵敏度高即调整系数大，意味着动态 Q 值小，或频率安稳性差。低相位噪声的完成和晶振的压控是彼此限制的。该晶振的压控规模宽，因此频率要有更大的调整系数，电抗网络的添加与低相位噪声的完成发生矛盾，这需求经过电抗网络的参数挑选而在压控和相噪之间找到平衡。
1. 石英谐振器的挑选
石英谐振器自身具有必定的温度特性（如图1）。它也是低相位噪声完成的要害，此次选用了三次泛音155.520MHz晶体，因为选用了特别的规划，具有小电阻、高Q值、杰出的寄生按捺以及很好的老化特性。
图1 石英谐振器自身具有必定的温度特性
2. 电路规划
振荡电路方框图如图2所示。其间，主振级选用改进型柯尔匹兹电路（如图3）。为了减小频偏 1kHz的相位噪声，咱们用进步信噪比的有用手法，加大了振荡级的输出起伏。为此振荡级选用集电极扩大输出。此外，为下降相位噪声，要特别留意电路元件参数的挑选和阻抗的转化。
图2 振荡电路方框图
图3 主振级选用改进型柯尔匹兹电路
3. 作业状况的挑选
一般的电路常识告知咱们，频偏1kHz的低相位噪声对一般电路而言都进入了白噪声调相，首要是热噪声。各级作业电流在满意输出和谐波按捺的情况下应取最佳值，尽量减小噪声。白噪声源首要是晶体管，晶体管的作业点也特别影响晶振的频率安稳度。而关于高频泛音晶体来说，电路的鼓励要大于对基频晶体的鼓励。所以咱们选用高频低噪声管，其作业电流为 5mA~6mA。一起这也处理了电源安稳度的要求。
4. 其它考虑
三极管的选用也很要害，要选用高β、高 ft 、低噪声管子，咱们这次选用的ft为12GHz,并对元器材进行挑选和老化处理。
5. 压控规模的完成
选用三次泛音155.520 MHz石英谐振器，变容二极管与电抗网络规划在不同部位，增大了对C0的影响，再操控石英谐振器的出厂频差，完成了±80PPM~±170PPM的压控频率规模要求。
输出电平的完成
选用高频LVPECL门电路IC。选用门电路的进程中，要留意对%&&&&&%的输入起伏、噪底、输出电平、占空比、负载动摇、作业电流的测验，并对器材进行老化测验，然后完成要求。
信号扩大、非谐振波按捺和彼此阻隔的问题
该晶振选用倍频办法到达 622.08MHz 输出，4倍频信号远小于初始频率信号，关于信号的扩大、非谐波按捺及彼此阻隔的问题要侧重留意。为此扩大级选用高阻隔的共集共基式，输出选用网络滤波，以按捺信号的走漏。核算网络参数，非谐波按捺可达-40dBc。
可靠性研讨
跟着通讯技能的开展，高频晶振的可靠性测验被越来越多的运用者所注重。
1. 元器材的选用
咱们选用军品器材进行高低温贮存、热冲击实验，挑选和老化处理，以确保晶振热功能的安稳。
2. 石英谐振器的选用
一般，石英谐振器经过一般环境条件测验而不损坏并不困难，但要求石英谐振器在极限环境条件下功能安稳就困难了。特别是在振荡状况下要求振荡器相位噪声和短期频率安稳功能改变小是十分困难且难以完成的。因为石英谐振器是加快度的灵敏元件，人们常用石英谐振器作加快度传感器，而在晶振中恰恰是要避开它的灵敏性，以减小振荡对振荡信号调制引起的频率不安稳性和相位噪声的添加。晶振要求石英谐振器的加快灵敏度功能指标尽量减小，晶振也要尽量战胜和避开它对加快度的灵敏性，并且泛音晶体要比基频晶体在各个环境条件下更差。为此特别考虑了以下要求：1. 石英谐振器质料的选用、结构规划和结构件资料选用、工艺进程的规划和施行技巧；2. 晶振结构规划、晶体装置方法、印制板规划和电装工艺技巧。
测验成果
频率温度安稳性
测验成果见表1、图4，可见温度安稳性满意要求。(单位：MHz)
表1 温度频率安稳度测验成果
图4 温度频率安稳度
相位噪声
相位噪声曲线及颤动见图5、图6。测验成果见表2。可见相噪与颤动较好。
表2 相位噪声测验成果
图5 相位噪声曲线 图6 相位噪声
信号输出特性
信号输出特性曲线见图7、图8。测验成果见表3。
图7 输出信号谐波与主频图 图8 频偏100MHz外频谱图
压控规模
电压0.3V至3.0V的频率压控规模与线性见表4、图9。
表3 信号输出测验成果
表4 频率压控规模与线性
图9 频率压控规模与线性
输出电平
输出波形见图10。
图10 输出波形
输入功率
电源电压3.3V的输入电流见表5，可见功耗较小。
表5 电源电压3.3V的输入电流
表6 振荡实验数据
表7 冲击实验数据
表8 下跌实验数据
环境条件测验
环境条件下的振荡、冲击、下跌测验见表6，可见可靠性较高。以下为实验规范：
• 温度冲击：温度规模：-40℃~85℃ 保存时刻：30min 循环次数：6 次
• 振荡（破坏性的）：顺次按X、Y、Z三个彼此笔直的方向实验，振幅为0.75mm，频率为10Hz~55Hz，每个轴向扫描振荡各30分钟。
• 冲击（破坏性的）：顺次按X、Y、Z三个彼此笔直的方向实验，峰值加快度为1000m/s2，持续时刻6ms，每个方向冲击3次，波形为半正弦波。
• 下跌（破坏性）：晶体振荡器从高75cm处自在下跌到混凝土滑润表面上，重复3次。
结束语
该晶振体积小、相噪好、压控宽、频谱优、可靠性高。在长途中继通讯中，因为有或许发生锐定向辐射，因此运用此高频晶振能够确保用较小的发射机功率完成远距离通讯并大大下降附近通讯线路之间的彼此搅扰及减小偷听通讯的风险，合适通讯体系中的中继体系通讯要求。
