美国Greenray Industries, Inc.公司成立了60多年，在设计和制造低相位噪声晶体振荡器方面，有充足的经验和理论性知识。Greenray晶振成功研发出许多款带有低相位噪声，低相位抖动的OCXO晶振和TCXO晶振系列产品，是目前频率控制元器件行业里，比较具有潜力的模块，它们应用的产品范围广泛，而且拥有较高的稳定性，Greenray Oscillator符合国防和航空航天工业的必备标准，工厂通过ISO9001系列认证，每一颗晶振都在宾夕法尼亚州总部进行开发，设计，测试，组装和生产。

相位噪声：

这种到频域的转换导致称为相位噪声的测量。表达了作为功率与频率的关系图。要了解这种测量抖动与相位噪声的转换必须探索。测量抖动的一种方法是根据公式5[5]测量每个周期与平均周期的方差。

然后可以使用该RMS周期抖动来计算给定频率下的相位噪声，如可以看到的在等式6中。

其中ƒosc是石英振荡器的频率，ƒ是远离载波的频率[5]该计算可以在许多离散频率下完成并编译成图形形式。该以上公式[5,6]假设没有1/f噪声或突发噪声[5]。在现实世界中的振荡器这些噪声源存在，将在下面讨论。

如果我们考虑现实世界的组件和这些电路中产生的噪声，那么相位噪声计算变得更加复杂。Leeson方程如下面的等式7所示让我们了解电路噪声和电路元件如何影响相位噪声测量[6]。

其中Q1是电路的负载Q，ƒm是来自载波的频率，ƒc是闪烁噪声转角频率，ƒo是载波（振荡器）频率，T是以开尔文为单位的温度，Pavs是通过石英晶体谐振器的功率，F是有源器件的噪声因子，k是玻尔兹曼常数。

图3（下一页）显示了该等式如何适合相位噪声图。可以看出，关闭在载波中，闪烁噪声在曲线中占主导地位，并具有转角频率的截止频率有源设备。相位噪声图的中间部分遵循Leeson方程，是加载Q，噪声系数，功率和温度的组合[6]。对于高于ƒo/（2Ql）地板由噪声系数，温度和功率决定。

图3：显示决定因素的相位噪声图[6]

从这个图中可以很容易地找到用于最小化振荡器中的相位噪声的引导线设计。使用低闪烁噪音的设备。由于9dB/倍频程部分以此数量为主，减少电路闪烁噪声是一个值得关注的问题。BJT具有比FET低得多的闪烁噪声，使其更适合低相位噪声应用。6dB/octave部分意味着Q的电路越高，噪声因子和功率就越大。如下所述，OCXO使用的Qs比TCXO晶振高。更高的驱动功率也是可取的，因为那样相位噪声基底的驱动因子（频率高于ƒo/（2Ql））。这需要权衡因为较高的驱动电平通常会导致一些相位噪声降低接近载波。

相位噪声测量：

测量相位噪声并非易事。大多数频谱分析仪没有直接测量石英晶体振荡器相位噪声的分辨率。图4显示了相位的正常配置噪音测试。与被测振荡器频率相同的“理想”源被混合振荡器。这产生了这两种信号的产物以及差异。使用低通过滤波器，产品被剥离，只留下差异，这将是振荡器噪声，如果“理想”源与振荡器的频率完全相同。

图4.相位噪声设置[2]

然后可以通过频谱分析仪测量得到的噪声信号并以图形方式显示形成dBc/Hz与Hz的关系图。这张图表显示了我们在功率方面的噪音距离（at每个特定频率）低于载波（振荡器所需的信号）。图5和图6（下面）是典型的相位噪声测量图。图5显示了一个OCXO晶振（2平方英寸）封装）图的底板约为-170dBc，10Hz的性能约为-130dBc。图6描绘了5mmx7mmTCXO的相位噪声性能，其底值约为-155dBc并且10HZ的性能约为-90dBc。

图5.GreenrayIndustriesYH1321-4OCXO相位噪声性能

图6.GreenrayIndustriesT75TCXO相位噪声性能

OCXO相位噪声性能通常比TCXO好得多。这是由于几个原因因素。OCXO本质上比TCXO更稳定，从而提高了相位噪声性能。这是因为OCXO中的晶体在TCXO的晶体处是热稳定的感受到环境的变化，即使有那些环境的补偿温度变化远不及OCXO那么稳定。

其次，OCXO恒温晶体振荡器使用与TCXO不同的晶体切割，因此具有更高的Q.一个TCXO的晶体Q是大约30,000-40,000，其中SC切割的烤箱晶体可能具有接近1,000,000的Q值。这个更高的Q直接有助于改善振荡器中的相位噪声。

最后，TCXO振荡器设计得更小，功耗更低。这意味着大部分它们是使用FET而不是BJT构建的。FET具有高得多的固有闪烁噪声，这使振荡器的相位噪声特性恶化。为稳定性而设计的干燥单元使用BJT降低噪声规格，进而改善相位噪声性能。

测量缺陷：

这个测量系统的一个问题是你正在测试被测振荡器“理想，无噪音”的振荡器。由于没有这样的真实世界设备，你必须将它与某些东西混合你知道比被测单位要好得多，并且假设'参考'没有注入噪音。另一个选项是混合对应于被测单位的东西，并假设平等贡献来自两个振荡器。这两种方法本质上都存在缺陷。通过混合更好的东西你假设参考没有退化。

如果你的参考效果要好10倍，那么效果最小，但你的效果仍然会下降测量。通过混合相等的源并假设相同的贡献，您可以向目标添加3dB，这允许您接受真正超出预期规格的结果，因为有另一个噪音源。但是，你怎么知道他们是平等的，事实上他们大多数时候都是平等的不平等。一个源将具有比另一个更好的噪声特性，这会产生模糊的数据。

事实上，如果选择作为“参考”的单位最终成为一个相对干净的来源，并且你假设平等的贡献，你可能会接受实际上失败的结果，但你无法知道。

外部噪音/干扰：

除了电路特性，测量假设和随机晶体波动之外，振荡器及其相位噪声行为受到提供给振荡器的功率的极大影响。图7（见下一页）显示带有嘈杂电源的TCXO。马刺在80到1000赫兹之间可以看到幅度约为40dBc。

图8（见下页）显示了使用更清洁的电源测试的相同TCXO，只剩下两个支线振幅约为20dBc。振荡器制造商无法控制电源客户在他们的应用中使用，因此试图仅表征相位噪声性能而不是供应对振荡器的影响。振荡器制造商试图使用最干净的耗材这些测量可能。

图7.具有嘈杂电源的TCXO

图8.具有更清洁电源的TCXO

附近的干扰也可以出现在相位噪声测量中。图9（下图）显示了TCXO从上面运行干净的电源，但电脑显示器运行大约3英尺远离振荡器和测试装置。图10显示了关闭显示器的相同测试。图9中的杂散不是来自振荡器，因此我们试图消除在测试过程中关闭计算机显示器。

图9.运行监视器的TCXO

图10.关闭显示器的TCXO

这些真实世界的情节（图9,10）显示了消费者和制造商之间可能发生的潜在脱节。

振荡器制造商仅仅描述了OSC振荡器的相位噪声性能，并且可能会发生这种情况很长的时间来展示“低”相位噪声。使用清洁电源甚至电池试图减少外来噪音;附近的干扰源，如电脑显示器或其他设备得到缓解。制造商甚至可以制造一个法拉第笼-一个屏蔽罩房间-减少外界干扰。许多人使用挡板或缓冲器来减少周围的气流振荡器改善热条件并降低相位噪声。

不幸的是，设计工程师指出/购买振荡器可能不知道采取了这些措施并且可能没有意识到对他们的特定系统或应用的最终影响。振荡器不会在一个屏蔽的房间里独自奔跑。它将采用更大的组件，温度梯度和非理想电源以及附近运行的其他机械或计算机。当设计工程师查看相位噪声图并假设这是他们在系统中的情况时，可能有问题。如果在设计中不允许有空间，则可能会出现严重问题。最后，还有两个因素会直接影响振荡器制造商无法控制的相位噪声性能。振动影响晶体振荡器的相位噪声，如下式所示：

其中_是贴片晶振的g灵敏度，A是振动中g的数量，fo是频率振荡器，fv是振动的频率。[10]大多数军事设计师都很清楚这种退化，并与制造商合作了解和在振动下表征振荡器，它将在现场看到。阻碍相位噪声性能的另一个因素是乘法。许多客户会购买振荡器在兆赫兹中并将其乘以千兆赫范围。这是可以接受的，并且是稳定的振荡器但相位噪声降低了：

其中N是乘法因子。[10]

振动和乘法是用户可能使振荡器受到影响的两个过程，也就是潜在的过程振荡器制造商应解决性能下降问题。这对设计师来说很重要了解所有这些变量对时基的影响-并与制造商合作确保提供满足其现实世界和性能要求的高质量振荡器。相位噪声是任何时基的一个非常重要的方面。振荡器制造商寻求最小化相位振荡器中的噪声通过最大化Q，使用低噪声有源器件和增加谐振器功率来实现。