CN217388651U - 一种晶体振荡器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种晶体振荡器，包括：双晶体振荡电路；低噪声放大电路，低噪声放大电路与双晶体振荡电路连接；低噪声放大电路用于接收双晶体振荡电路输出的频率信号，并对频率信号进行降噪；其中，低噪声放大电路包括多个并联连接的低噪声放大器。本实用新型实施例提供的技术方案通过使用双晶体串联谐振后，通过低噪声放大器的多路并联放大，对频率信号进行降噪，提高了晶体振荡器的品质因素Q值，有效提高了振荡器的噪声系数，在较小的工作电压状态下，满足对相位噪声及输出幅度的使用要求。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及晶振技术领域，尤其涉及一种晶体振荡器。
背景技术
时钟信号是具有固定频率的信号，是时序逻辑的基础，可以决定逻辑单元中的状态何时更新，因此数字信号必须在时钟信号的控制下才能进行精确地运算。一般地，时钟信号由振荡器产生。振荡器按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器等。
晶体振荡器因为具有高精度和高稳定度的性能，被广泛应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等技术领域。但是，随着对晶体振荡器的相位噪声及输出幅度的要求越来越高，目前现有低压恒温晶振的相位噪声和输出幅度在较小的工作电压状态下满足不了部分客户使用要求。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种晶体振荡器，以降低相位噪声恶化，有效提高噪声系数，同时达到高幅度输出。
本实用新型实施例提供了一种晶体振荡器，包括：
双晶体振荡电路；
低噪声放大电路，所述低噪声放大电路与所述双晶体振荡电路连接；所述低噪声放大电路用于接收所述双晶体振荡电路输出的频率信号，并对所述频率信号进行降噪；其中，所述低噪声放大电路包括多个并联连接的低噪声放大器。
可选的，所述晶体振荡器还包括：频率输出接口；每个低噪声放大器包括信号输入端和信号输出端；每个低噪声放大器的信号输入端均与所述双晶体振荡电路连接；每个低噪声放大器的信号输出端均与所述频率输出接口连接。
可选的，所述双晶体振荡电路包括第一晶体和第二晶体；所述第一晶体和所述第二晶体串联连接。
可选的，所述低噪声放大电路中包括四个并联连接的低噪声放大器。
可选的，所述低噪声放大器包括：
第一放大单元和第二放单单元；所述信号输入端包括第一信号输入端和第二信号输入端；所述信号输出端包括第一信号输出端和第二信号输出端；
其中，所述第一信号输入端作为所述第一放大单元的信号输入端，所述第二信号输入端作为所述第二放大单元的信号输入端；所述第一信号输出端作为所述第一放大单元的信号输出端，所述第二信号输出端作为所述第二放大单元的信号输出端。
可选的，所述低噪声放大器还包括第一电源信号输入端和第二信号输入端，所述第一电源信号输入端输入工作电压，所述第二电源信号输入端接地；所述第一放大单元和所述第二放单单元均与所述第一电源信号输入端和所述第二信号输入端连接。
可选的，降噪后所述频率信号的相位噪声范围包括-70dBc/Hz～-190dBc/Hz，输出幅度大于或等于20dBm。
可选的，所述晶体振荡器还包括：控温单元，所述控温单元用于为所述双晶体振荡电路提供预设的工作环境温度。
可选的，所述控温单元包括温控电路和恒温槽，所述双晶体振荡电路放置于所述恒温槽内，所述控温控制电路包括加热管以及由第一电阻、第二电阻、第三电阻和热敏电阻组成的热敏电阻电桥；当所述恒温槽内的温度加热到预设温度时，所述热敏电阻电桥用于输出平衡电压给所述加热管，以使所述加热管产生的热能弥补所述恒温槽损耗的热能。
可选的，所述晶体的等效电路包括静态电容、动态电容、动态电感和动态电阻；其中动态电容的第二端与所述动态电感的第一端连接，所述动态电感的第二端和所述动态电阻的第一端连接；所述静态电容的第一端与所述动态电容的第一端连接，所述静态电容的第二端与所述动态电阻的第二端连接。
本实用新型实施例提供了一种晶体振荡器，包括：双晶体振荡电路；低噪声放大电路，低噪声放大电路与双晶体振荡电路连接；低噪声放大电路用于接收双晶体振荡电路输出的频率信号，并对频率信号进行降噪；其中，低噪声放大电路包括多个并联连接的低噪声放大器。本实用新型实施例提供的技术方案通过使用双晶体串联谐振后，进行低噪声放大器的多路并联放大，对频率信号进行降噪，提高了晶体振荡器的品质因素Q值，有效提高了振荡器的噪声系数，在较小的工作电压状态下，满足对相位噪声及输出幅度的使用要求。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种晶体振荡器的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种晶体的等效电路图；
图3是现有技术中提供的一种噪声测试图；
图4是本实用新型实施例提供的一种噪声测试图；
图5是本实用新型实施例提供的一种低噪声放大电路的电路图；
图6是本实用新型实施例提供的一种恒温槽控温电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
本实用新型实施例提供了一种晶体振荡器，图1是本实用新型实施例提供的一种晶体振荡器的结构示意图，参考图1，晶体振荡器100包括：
双晶体振荡电路10；
低噪声放大电路20，低噪声放大电路20与双晶体振荡电路10连接；低噪声放大电路20用于接收双晶体振荡电路10输出的频率信号，并对频率信号进行降噪；其中，低噪声放大电路20包括多个并联连接的低噪声放大器21。
具体的，晶体振荡器100是一种能量转换装置。它的能量来源是振荡器的直流供电电源。经过振荡器转换后，此直流能量转换为一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出，这种电能的“转换”过程被称作“振荡”。振荡器的作用是产生特定的输出信号，因此也常常被称为信号发生器。
双晶体振荡电路10产生的频率信号是具有一定频率、一定幅度和一定波形的电信号。双晶体振荡电路10中包括两个晶体。晶体是晶体振荡器100的核心元器件，由石英晶体片、电极、支架及其他输助装置组成，是利用石英晶体的压电效应原理制成的电、机械振荡系统。它的噪声水平决定了晶振近端相位噪声能达到的最好水平，即直接影响晶体振荡器100的技术指标。把直流电能转变成具有一定频率、一定幅度的交流电能，在这种转换中最突出的问题就是频率的稳定性。
低噪声放大电路20与双晶体振荡电路10连接；低噪声放大电路20用于接收双晶体振荡电路10输出的频率信号，并对频率信号进行降噪；其中，低噪声放大电路20包括多个并联连接的低噪声放大器21。电噪声是引起振荡器频率(相位)随机抖动的根本原因。相位噪声通常是表征频率短期稳定度的重要指标，亦即信号频率变化的大小的表现。如果没有相位噪声，振荡器的整个功率都应集中在中心频率(主频率)处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。相位噪声为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。本实用新型实施例使用双晶体谐振后进行多路并联放大，提高Q值，有效提高振荡器的噪声系数，经过放大后降低相位噪声恶化，同时达到频率信号的高幅度输出。形成在较小的工作电压状态下也可以实现低噪声及高幅度输出的晶体振荡器100。
本实用新型实施例提供的晶体振荡器，包括：双晶体振荡电路；低噪声放大电路，低噪声放大电路与双晶体振荡电路连接；低噪声放大电路用于接收双晶体振荡电路输出的频率信号，并对频率信号进行降噪；其中，低噪声放大电路包括多个并联连接的低噪声放大器。本实用新型实施例提供的技术方案通过使用双晶体串联谐振后，进行低噪声放大器的多路并联放大，对频率信号进行降噪，提高了晶体振荡器的品质因素Q值，有效提高了振荡器的噪声系数，在较小的工作电压状态下，满足对相位噪声及输出幅度的使用要求。
可选的，参考图1，晶体振荡器100还包括频率输出接口A；每个低噪声放大器21包括信号输入端和信号输出端；每个低噪声放大器21的信号输入端均与双晶体振荡电路10连接；每个低噪声放大器21的信号输出端均与频率输出接口A连接。
具体的，低噪声放大电路20包括多个并联连接的低噪声放大器21，每个低噪声放大器21包括信号输入端和信号输出端。每个低噪声放大器21的信号输入端均与双晶体振荡电路10的信号输出端P1连接，用于接收双晶体振荡电路10产生的频率信号。每个低噪声放大器21的信号输出端均与频率输出接口A连接，多路的频率信号经过低噪声放大器21降噪后进行合路，通过频率输出接口A输出频率信号。
可选的，双晶体振荡电路10包括第一晶体和第二晶体；第一晶体和第二晶体串联连接。
具体的，双晶体振荡电路10包括两个晶体，分别为第一晶体和第二晶体。第一晶体和第二晶体串联连接。本实用新型实施例使用双晶体串联谐振后进行多路并联放大，提高Q值，有效提高晶体振荡器100的噪声系数，经过放大后降低相位噪声恶化；在较小的工作电压状态下也可以实现低噪声、高幅度输出，功率可实现大于20dBm。
图2是本实用新型实施例提供的一种晶体的等效电路图，参考图2，其中，晶体的等效电路包括静态电容Co、动态电容Cq、动态电感Lq和动态电阻Rq；其中动态电容Cq的第二端与动态电感Lq的第一端连接，动态电感Lq的第二端和动态电阻Rq的第一端连接；静态电容Co的第一端与动态电容Cq的第一端连接，静态电容Co的第二端与动态电阻Rq的第二端连接。
可选的，参考图1，低噪声放大电路20中包括四个并联连接的低噪声放大器21。
具体的，使用双晶体串联谐振后进行四路并联放大，提高Q值，有效提高晶体振荡器100的噪声系数，经过放大后降低相位噪声恶化；在较小的工作电压状态下也可以实现低噪声、高幅度输出。其中，理论值计算公式如下：
Y＝X+10lg(N)；
式中，Y为输出功率，其单位为dBm；X为输入功率，其单位为dBm；N为合路器路数，单位为个。
使用双晶体串联谐振经过4路低噪声放大器放大后进行合路输出，即N为4，相位噪声可以提高12dBc左右。图3是现有技术中提供的一种噪声测试图，图4是本实用新型实施例提供的一种噪声测试图，参考图3～图4，横坐标为相对于振荡器的中心频率(主频率)的偏移频率，纵坐标为振荡器在某一偏移频率处的相位噪声，相位噪声的值为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。
其中，图3中，偏移频率为1Hz处的相位噪声为-69.68dBc/Hz，偏移频率为10Hz处的相位噪声为-102.45dBc/Hz，偏移频率为100Hz处的相位噪声为-132.56dBc/Hz，偏移频率为1kHz处的相位噪声为-159.84dBc/Hz，偏移频率为10kHz处的相位噪声为-174.87dBc/Hz，偏移频率为100kHz Hz处的相位噪声为-177.76dBc/Hz，偏移频率为100MHz Hz处的相位噪声为-176.34dBc/Hz。图5中，偏移频率为1Hz处的相位噪声为-72.41dBc/Hz，偏移频率为10Hz处的相位噪声为-107.05dBc/Hz，偏移频率为100Hz处的相位噪声为-143.43dBc/Hz，偏移频率为1kHz处的相位噪声为-170.28dBc/Hz，偏移频率为10kHz处的相位噪声为-182.99dBc/Hz，偏移频率为100kHz Hz处的相位噪声为-185.31dBc/Hz，偏移频率为100MHz Hz处的相位噪声为-185.34dBc/Hz。
经过实际相位噪声测试验证，对比图4和图5，可有效提高了相位噪声超过10dBc。降噪后频率信号的相位噪声范围包括-70dBc/Hz～-190dBc/Hz，输出幅度大于或等于20dBm。
可选的，图5是本实用新型实施例提供的一种低噪声放大电路的电路图,，参考图5，低噪声放大器21包括：
第一放大单元U1和第二放大单元U2；信号输入端包括第一信号输入端1和第二信号输入端3；所述信号输出端包括第一信号输出端6和第二信号输出端4；
其中，第一信号输入端1作为第一放大单元U1的信号输入端，第二信号输入端3作为第二放大单元U2的信号输入端；第一信号输出端6作为第一放大单元U1的信号输出端，第二信号输出端4作为第二放大单元U2的信号输出端。
具体的，每个低噪声放大器21包括第一放大单元U1和第二放大单元U2；第一放大单元U1和第二放大单元U2并联连接。每一第一放大单元U1的第一信号输入端1均与双晶体振荡电路10的信号输出端P1连接，每一第二放大单元U2的第二信号输入端3均与双晶体振荡电路10的信号输出端P1连接。每一第一放大单元U1的第一信号输出端6均与频率输出接口A连接，每一第二放大单元U2的第二信号输出端4均与频率输出接口A连接。即每个低噪声放大器21为双路放大，可以进一步的提高晶体振荡器100的噪声系数，经过放大后降低相位噪声恶化，在较小的工作电压状态下实现低噪声、高幅度输出。
低噪声放大器21还可以包括第一电源信号输入端5和第二信号输入端2，第一电源信号输入端5输入工作电压VCC，第二电源信号输入端2接地GNU。即第一放大单元U1和第二放大单元U2共用第一电源信号输入端5输入的电信号和第二电源信号输入端2输入的电信号，可以简化电路，降低成本。
可选的，第一放大单元U1的第一信号输入端1以及第二放大单元U2的第二信号输入端3为同相输入端，第一放大单元U1以及第二放大单元U2均还包括反相输入端(未画出)，其中反相输入端通过电阻接地，以及通过另一电阻与放大单元的信号输出端连接。
可选的，参考图1，晶体振荡器100还包括控温单元30，控温单元30用于为双晶体振荡电路10提供预设的工作环境温度。
具体的，石英谐振器在使用中温度是重要的影响因素。当石英谐振器的工作温度变化时，其晶格发生变形，从而导致频率变化。石英谐振器的频率温度系数虽然较小，但仅限于较窄的温度范围，当温度范围较宽时，石英谐振器的频率随温度而有一定的变化。晶体振荡器100还包括控温单元30，控温单元30用于为双晶体振荡电路10提供预设的工作环境温度。恒温晶体振荡器100(OCXO)简称恒温晶振，是频率稳定度和精确度较高的晶体振荡器100。本实用新型实施例实现了在较小的工作电压状态下，可以实现高幅度输出的低噪声恒温晶振。
可选的，控温单元30包括温控电路和恒温槽，双晶体振荡电路10放置于恒温槽内，控温控制电路包括加热管以及由第一电阻、第二电阻、第三电阻和热敏电阻组成的热敏电阻电桥；当恒温槽内的温度加热到预设温度时，热敏电阻电桥用于输出平衡电压给所述加热管，以使加热管产生的热能弥补恒温槽损耗的热能。
具体的，恒温槽主要起到维持昌体请振器和关键器件温度恒定的作用。恒温槽的好坏将直接影响到晶体振荡器100的频率和温度稳定性。将高精度的晶体和振荡电路放置于恒温槽中，恒温槽保护晶体不受到外部温度变化的影响，从而避免石英晶体频偏，达到稳定的频率输出。为了控制或消除环境温度变化对晶体振荡器100输出频率的影响，获取稳定的频率输出，利用功率管所产生的热量对晶体和关键元器件进行加热。通过控制加热功率管的热功率，实现恒温功能。
图6是本实用新型实施例提供的一种恒温槽控温电路的电路图，参考图6，热敏电阻电桥由电阻第一电阻RI、第二电阻R2、第三电阻R3和热敏电阻R4组成，热敏电阻R4的温度系数较大。而第一电阻R1、第二电阻R2和第三R3的温度系数与热敏电阻R4相比很小可以忽略。选择不同的第三电阻R3，可以使恒温槽有不同的控制温度。电桥中第一电阻RI和第二电阻R2的值相等，第三电阻R3的值与热敏电阻R4在控制温度时的阻值相等。
电路加电后恒温槽内温度较低，没有达到设定的温度时，热敏电阻电桥有较大的失衡输出电压，恒温槽处于加热状态。随着恒温槽温度的上升，电桥失衡电压逐渐减少。当恒温槽加热到设定的温度时，电桥保特一定的平衡电压输出。此电压控制加热管RH的加热电流I，使加热电流I保持一定的数值，加热管RH产生的热量等于恒温槽损耗的热量，从而使得恒温槽内部维持恒定的温度。当恒温槽内部温度发生变化时，热敏电阻R4阻值发生变化，破坏电桥平衡，产生失衡电压，此电放大后用以调整加热管RH工作电流(加热电流I)，改变加热管加热功率，使得恒温槽内部温度重新回到设定的温度值，热敏电阻电桥重新建立平衡状态。其中，放大器U3用于直流电压放大，晶体管Q用于直流功率放大。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种晶体振荡器，其特征在于，包括：
双晶体振荡电路；
低噪声放大电路，所述低噪声放大电路与所述双晶体振荡电路连接；所述低噪声放大电路用于接收所述双晶体振荡电路输出的频率信号，并对所述频率信号进行降噪；其中，所述低噪声放大电路包括多个并联连接的低噪声放大器。
2.根据权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于，还包括频率输出接口；每个低噪声放大器包括信号输入端和信号输出端；每个低噪声放大器的信号输入端均与所述双晶体振荡电路连接；每个低噪声放大器的信号输出端均与所述频率输出接口连接。
3.根据权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于，所述双晶体振荡电路包括第一晶体和第二晶体；所述第一晶体和所述第二晶体串联连接。
4.根据权利要求2所述的晶体振荡器，其特征在于，所述低噪声放大电路中包括四个并联连接的低噪声放大器。
5.根据权利要求4所述的晶体振荡器，其特征在于，所述低噪声放大器包括：
第一放大单元和第二放大单元；所述信号输入端包括第一信号输入端和第二信号输入端；所述信号输出端包括第一信号输出端和第二信号输出端；
其中，所述第一信号输入端作为所述第一放大单元的信号输入端，所述第二信号输入端作为所述第二放大单元的信号输入端；所述第一信号输出端作为所述第一放大单元的信号输出端，所述第二信号输出端作为所述第二放大单元的信号输出端。
6.根据权利要求5所述的晶体振荡器，其特征在于，所述低噪声放大器还包括第一电源信号输入端和第二电源信号输入端，所述第一电源信号输入端输入工作电压，所述第二电源信号输入端接地；所述第一放大单元和所述第二放大单元均与所述第一电源信号输入端和所述第二电源信号输入端连接。
7.根据权利要求5所述的晶体振荡器，其特征在于，降噪后所述频率信号的相位噪声范围包括-70dBc/Hz～-190dBc/Hz，输出幅度大于或等于20dBm。
8.根据权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于，还包括控温单元，所述控温单元用于为所述双晶体振荡电路提供预设的工作环境温度。
9.根据权利要求8所述的晶体振荡器，其特征在于，所述控温单元包括温控电路和恒温槽，所述双晶体振荡电路放置于所述恒温槽内，所述温控电路包括加热管以及由第一电阻、第二电阻、第三电阻和热敏电阻组成的热敏电阻电桥；当所述恒温槽内的温度加热到预设温度时，所述热敏电阻电桥用于输出平衡电压给所述加热管，以使所述加热管产生的热能弥补所述恒温槽损耗的热能。
10.根据权利要求3所述的晶体振荡器，其特征在于，所述晶体的等效电路包括静态电容、动态电容、动态电感和动态电阻；其中动态电容的第二端与所述动态电感的第一端连接，所述动态电感的第二端和所述动态电阻的第一端连接；所述静态电容的第一端与所述动态电容的第一端连接，所述静态电容的第二端与所述动态电阻的第二端连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202220205248.1U CN217388651U (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种晶体振荡器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202220205248.1U CN217388651U (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种晶体振荡器 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202220205248.1U Active CN217388651U (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种晶体振荡器 |
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2022
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