NEL CRYSTAL公司是位于美国的一家频率元件设计，制造，销售为一体的供应商，是行业里少数可以提供低相位噪声解决方案的企业，而且还实现了同步晶体振荡器（SXO）设计方案，在很多年前，NEL晶振公司就已获得ISO 9001-2008认证，一直以来都在钻研晶体振荡器，在这个领域里有话语权，并且擅长解决各种关于振荡器的“疑难杂症”，是一家比较具有竞争力的石英水晶组件生产厂家。

现代仪器设备，商业和国防通信系统以及雷达设备需要出色的稳定性，极低的相位噪声频率源。使用现有测试设备和方法，在噪声基底上偏离载波1Hz并且噪声层优于-180dBc/Hz的相位噪声为-120dBc/Hz的测试设备是一项挑战。它尤其适用于生产环境，每个测量的测量时间和精度变得至关重要。这项工作的目的是研究不同的测试方法，评估不同的相位噪声测量设备，并找到低频（约10MHz）超低相位噪声（ULPN）参考和HF/UHFULPNOCXO的可接受解决方案。研究了几种测试方法和测试仪器。没有“一刀切”的解决方案，但是对于每个频率范围，提出了最佳解决方案。

介绍与挑战：

有几个标准定义了超低噪声（ULPN）OCXO振荡器相位噪声测量中使用的测试方法和设备的可接受性。这些是：

1.精确度

2.重复性

3.测试速度

4.易于使用

5.范围

6.成本

7.易于数据检索

每种特性的价值还取决于测试是用于生产环境还是用于实验室。排除了“两个振荡器方法”[1]，因为它不能很好地满足前四个标准，因此只考虑采用互相关技术的方法和设备。[1]，[4]。低频设备（约10.000MHz）面临的挑战是：

•在靠近载体的偏移点处在合理的时间内实现测量精度

•使噪声基底远离载体。

对于更高频率的ULPN OCXO，特别是在100.000MHz载波频率下，环境中的RF污染和EMI增加了进一步的挑战。

对于采用锁相环（PLL）技术获得更高频率的石英晶振，器件PLL和测试仪器PLL的相互作用使得实现精确结果变得更加困难。

I.低频ULPN OCXO

用于测试低频OCXO的设备的明显选择是Symmetricomm的5120A相位噪声测试装置，带有选项01（内部参考）[3]，它使用互相关技术。它满足大多数既定标准，不需要额外的参考，也不需要在精确频率下对被测设备（DUT）进行校准。10.000MHzULPNOCXO的相位噪声曲线如图1所示。

唯一的问题是该决议（噪底）在载波的大偏移处测量（本底噪声）的设备）。仪器的规格要求（保守地）在偏移大于的情况下为-168dBc/Hz楼层10KHz。理论预期接近-175在100KHz偏移和超出时的dBc/Hz。我们决定验证我们对NoiseXT双核噪声测试仪的期望（DCNTS）[2]，[4]。这是一个相当困难的类型测试。它需要两个具有相似性能的引用DUT（参考的表现越好-越快测试），参考必须有电压控制（能力改变频率随着电压的变化而变化控制端子），并在频率上精确校准DUT。同一装置的测试结果如图2所示。

图2。DCNTS上的10.000MHz ULPN OCXO

正如所料，测得的有源晶振相位噪声远离载波提高了3-5dB，而结果出现差异几KHz的偏移量并不是很明显。意识到这一点噪声基底上的相位噪声由电路决定，对于给定的设计单位，单位变化可以忽略不计选择的仪器仍然是5120A-01，但是，在设计资格阶段，验证了需要DCNTS上的噪声基底值。

II。100.000MHZULPN OCXO

没有理想的选择来满足所有既定标准。我们开始时可能是最准确，最快的仪器-来自NoiseXT的DCNTS。第一个结果令人惊讶，情节如图3所示。经过漫长而彻底的调查后，结果证明了这一点在100KHz，700KHz和900的虚假“颠簸”载波的KHz偏移是由混合引起的来自本地调频广播电台的广播信号（100.1具有100MHz OCXO晶振信号的MHz，100.7MHz，99.1MHz）。虽然测试良好，但不是ULPN100MHz设备，（其中这种现象的噪声基底在-170dBc/Hz或更高）很难引起注意。因此，这一挑战是特定的ULPNOCXO，相位噪声基底约为-180dBc/Hz，特别是在城市地区，特别是在100MHz，FM电台的功率非常高。

图3.由RF引起的“凸起”的100MHzULPNOCXO污染。

这个频率远离广播调频频段现象不会发生。为了改善这一点条件我们采取了几项措施：

•所有电源线均已屏蔽并已连接通过SMA连接器到测试夹具。

•放置大值电解电容器去耦电源线

•我们制造了射频屏蔽笼并进行了全部测试设备，包括电源和测试装置在笼子里面，如图4所示。

图4.射频屏蔽测试站。

我们测试了恒温晶振相位噪声曲线如图2所示的单元。

3.改进的设置。得到的图如图2所示我们还把情节包括在内（作为GuillaumeDe。的礼貌Giovanni，NoiseXT）在一批ULPN上采集数据OCXO处于良性（RF污染）环境中。考试仪器是具有“平滑”功能的DCNTS用过的。如图6所示。

图5.测试的100.000MHzULPNOCXO相位噪声采用射频屏蔽设置。

图6.一批100.000MHZULPN OCXO石英晶体振荡器测试

良好的环境。使用平滑功能。从易用性的角度来看，一个非常有吸引力的选择是安捷伦的E5052B信号源分析仪[5]。还测试在设备上进行，性能类似于使用E5052B，如图5所示。这个仪器利用内置合成器和互相关方法。具有不同数量的交叉的实验图相关性和平均值如图7所示。如图所示情节，仪器可以解决ULPN的性能具有足够数量的互相关的设备，但是不幸的是，这需要花费大量的时间。一个人必须运行测试几个小时才能得到仪器的噪声基底在所有偏移点都足够低实现准确的测量。这将排除使用在生产环境中的仪器，但它仍然可能在研发中很有用，因为它不需要额外的参考，或校准参考和设备（设置精确频率）等。如果在噪声层上的性能远离载波频率的设备是唯一的参数需要时，测量时间可以大大减少。

图7.在AgilentE5052B上测试的100MHzULPNOCXO

具有不同数量的互相关和平均值。从成本的角度来看，有一种新的小工具由瑞士公司AnapicoAPPH6000制造[6]。它没有拥有与DCNTS系统一样多的选项和功能，并且仍在改进GUI和固件，但是它测试速度相当快，可以成功使用生产。测试结果与其他测试结果不同乐器，但可以接受。例子如图8所示。

图8.在Anapico上测试的100MHzULPNOCXOAPPH6000

III。带有乘法的ULPNOCXO

A.模拟谐波乘法

我们测试了几种使用模拟的ULPNOCXO谐波乘法，参考范围从10MHz到100MHz，乘法因子从2到15来自NoiseXT的DCNTS。仪器处理了测试没有问题，一些例子如图所示。

图9到图12。

图9.80MHzULPNOCXO，乘以10MHz

图10.750MHzULPNOCXO，乘以50MHz

图11.1GHzULPNOCXO，乘以100MHz

图12.40MHzOCXO，乘以10MHz

我们还测试了其中一个单元（100.000MHz，

在E5052B上用10.000MHz乘以不同的互相关数和平均数。该图显示在图13中。当测试没有的ULPN设备时乘法，尽管易于使用，但测试速度快要求达到有意义的解决方案是不可接受的一个生产环境。它有1000个交叉关联第一次追踪（平均1次）需要2.5小时才会出现。

图13.100MHzULPNOCXO乘以10MHz，在AgilentE5052B上测试，具有不同数量的交叉相关和平均值

B.具有PLL倍增的ULPNOCXO实现“两全其美”即结合最接近载波相位噪声，短期，长期和低频（10MHz）ULPN的环境稳定性OCXO贴片晶振在噪声基底上的相位噪声最低频率（100MHz）ULPNOCXO，后者被锁定前者采用低噪声PLL，因为它是在NEL的双通道中完成的频率参考模块（DFRM）。测试10MHz输出可以按照第一章的描述完成，不需要提出任何其他挑战。这要困难得多在100MHz输出时实现真实的测试结果用另外两个DFRM作为参考进行测试。

互动

具有仪器PLL的内部PLL以及必要的在模块的控制端口上过滤会在中创建工件相位噪声图，使数据大部分无法使用。该到目前为止我们发现的唯一解决方案是进行测试运行不同的偏移范围，不同的参考，和之后将它们连接起来。显示了这种努力的结果在图14上。对于更高频率的偏移，我们使用100MHz的非乘法ULPNOCXO作为参考。他们随着电压控制自由运行仪器的PLL。对于较低频率的偏移，我们使用了aULPNOCXO，频率为100MHz，均为100MHz乘以10MHz作为参考。拼接点是在100Hz，低于内部PLL环路带宽。

图14.DFRM相位噪声。输出为10MHz和100兆赫

测试ULPNOCXO的相位噪声需要使用互相关技术。必须特别小心减少射频干扰，特别是在测试100时在强调频广播附近的MHzULPNOCXO贴片振荡器站。现成设备的选择是有限的，仪器适用于不同的DUT的类型和不同的测试目的。我们的评级评估工具列于表I.我们希望如此强调这仅适用于ULPN设备。我们对Rohde＆Schwartz信号的经验很少分析器，但期望它的速率与E5052类似。评分是1到5，五颗星是最好的，一颗是最差的。

表I.

笔记：

1.对于E5052B，经过长时间的测试后，准确度很高时间。

2.对于5120A-01，地板上的分辨率为不足。

3.获得准确的数据。

4.限制在30MHz

几十年来，NEL集团从来不惧怕任何挑战，每一次都能近乎完美的解决和处理，尤其在低相位噪声和低相位抖动模块里，有自己独到的见解和科研成果，贴片石英晶振生产和测试技术在行业里属于非常不错的，每一项标准都达到国际先进水平。并且遵守行业的环保规定，大量减少污染的产生，坚决不使用有害物质或生产有害物质，并定期回报社会，积极从事慈善事业。